Как криптография с открытым ключом могла развиваться в биологической системе?

В реальном мире упомянутых вами ответных атак не существует, потому что модель угроз отличается. Вместо того, чтобы пытаться создать что-то цифровое, что сложно, что имеет некоторые математические свойства для реализации подписи, что сложно, они склонны полагаться на более доступные аналоговые методы.

Сказочные крапивники — отличный пример. Сказочным крапивникам приходится беспокоиться о выводковых паразитах: бронзовых кукушках Хорсфилда. Если яйца кукушки вылупятся, они будут достаточно похожи на крапивников, чтобы их кормила мать крапивников. Затем они выгоняют детенышей крапивников из гнезда одного за другим, чтобы те получали больше еды от матери.

Решение сладкое. У каждой матери Феи Крапивника есть уникальная инкубационная песня. Это «общий секрет» для семьи. Она поет ее после того, как цыплята достаточно развились в яйце, чтобы услышать песню, но до того, как кукушки смогут добраться до гнезда, чтобы отложить яйца. Когда все они вылупляются, настоящие цыплята включают этот общий секрет в свои крики о еде. Любой цыпленок, который этого не делает, считается кукушкой и уничтожается.

Этот метод позволяет избежать повторной атаки не с помощью сложной математики, а из-за грубой сложности идентификации основной части общего секрета, пока не стало слишком поздно. Просто слишком сложно найти общий секрет, слушая другое животное. Даже с «универсальным голосовым аппаратом» кукушке пришлось бы выучить общий секрет трудным путем, потому что попытка каждый раз идеально воспроизвести его немедленно была бы обнаружена как повтор. В отличие от цифровых сообщений, наши аналоговые взаимодействия всегда находятся в контексте. Очень легко определить, когда кто-то просто говорит по сценарию.

Это, очевидно, происходит только внутри гнезда, что является коротким периодом времени. Однако было бы легко разработать постоянно меняющуюся схему, которой очень трудно следовать, если у вас нет нейронной связи, чтобы заставить схему работать, и вы не были воспитаны, чтобы развить навык ее использования.

Если вам действительно нужна система, в которой вы можете один раз ввести человека в заблуждение, и с этого момента он узнает свою личность, вероятно, было бы проще сделать доказательство с нулевой информацией, чем какой-то сложный математический трюк. Доказательства с нулевой информацией — это увлекательные системы, которые включают в себя три сообщения между Субъектом и следователем:

• Во-первых, Субъект объявляет о паре связанных проблем. Задачи выбираются вокруг подбрасывания монеты. Одну проблему фальсификатору будет легко сымитировать, а другую будет очень сложно, если вы действительно не знаете общий секрет. Пара выбрана таким образом, чтобы следователю не было очевидно, какое решение легко подделать, а какое сложно.
• Затем следователь выбирает одну проблему и требует от испытуемого решить ее.
• Если Субъект настоящий, договоритесь, они знают секрет, поэтому любая проблема проста, поэтому они объявляют решение. Если Субъект является подделкой, то у него есть 50% шанс, что Дознаватель задаст простой вопрос, и 50% шанс, что он задаст вопрос, на который у него нет ответа.

Затем этот процесс можно повторять много раз, чтобы достичь высокого уровня уверенности в том, что субъект является реальным: он знает общий секрет.

Пример этого, который может быть разумным для биологии, включает в себя общий секрет, который представляет собой гамильтонов цикл через граф: путь через граф, который посещает каждую вершину один раз. Построить такой график очень просто. Все, что вам нужно сделать, это создать цикл нужной длины, а затем добавить достаточно ребер, чтобы было трудно найти цикл. Как правило, нахождение гамильтонова цикла на произвольном графе является NP-полным.

Как мы все настроим, сам граф будет действовать как открытый ключ (своего рода), а гамильтонов цикл — закрытый ключ.

Очевидно, что мы не можем просто показать наш гамильтонов цикл каждому дознавателю, иначе дознаватель узнает цикл, даже если не должен. Но у нас есть хитрость в рукаве. Есть еще одна трудная проблема с графами: определение изоморфизма графа. Изоморфизм графа — это переразметка графа. Вы переименовываете все вершины и переименовываете все ребра. Оказывается, доказательство того, что два произвольных графа являются изоморфизмами друг друга, также является NP-полным.

Итак, вот наш алгоритм:

• Субъект создает изоморфизм графа. Это просто включает в себя перемаркировку всех вершин и ребер и кодирование их на вашем универсальном голосовом устройстве. Затем субъект объявляет: «Вот мой граф для этого взаимодействия. Это изоморфизм графа с открытым ключом, и я знаю на нем гамильтонов цикл».
• Затем следователь требует либо «доказать, что ваш граф является изоморфизмом графа с открытым ключом», либо «доказать, что вы знаете гамильтонов цикл».
• Затем Субъект раскрывает, о чем просил Дознаватель. Если они спрашивают об изоморфизме, субъект просто раскрывает изоморфизм, который они создали в начале. Если они запрашивают гамильтонов цикл, субъект использует его изоморфизм (который никому не был передан) для преобразования гамильтонова цикла с закрытым ключом в цикл для этого графа.

Если Субъект является подделкой, ему нужно было бы создать граф на шаге 1. Если они создали его, взяв граф открытого ключа и сделав изоморфизм (как это сделал бы настоящий Субъект), то они не будут знать гамильтониан. цикл для этого графа, потому что это общий ключ, и нахождение такого цикла является NP-полным. У них есть 50% шанс, что Дознаватель попросит цикл, который они не могут предоставить.

С другой стороны, фальшивый Субъект может вместо этого создать гамильтонов цикл правильной длины, добавить правильное количество ребер, чтобы он выглядел как изоморфизм открытого ключа. Если следователь запрашивает цикл здесь, он может предоставить его. Однако если следователь запрашивает изоморфизм, он не сможет его предоставить, потому что поиск изоморфизма между двумя графами также является NP-полным. И снова у них есть 50% шанс, что Дознаватель их обнаружит.

Теперь интересно, что доказательство с нулевой информацией также позволяет нам рассматривать фальшивого следователя. Это тот случай, когда вас беспокоит, где хищник научится подражать добыче. В начале Субъект предоставляет график. Затем Следователю разрешается запрашивать либо изоморфизм, либо гамильтонов цикл. Если бы им была предоставлена ​​привилегия запрашивать оба, у них было бы достаточно информации, чтобы восстановить общий секрет закрытого ключа. Однако они не получают этой привилегии. Они получают либо изоморфизм, либо гамильтонов цикл, но не то и другое одновременно.

Прелесть этого процесса в том, как мало он на самом деле требует. Графы легко реализовать с помощью нейронов, равно как и изоморфизмы и циклы. Самое сложное — выбрать хороший график и цикл. Задачи здесь NP-полные, потому что мы можем доказать, что существуют графы, для которых эти проблемы решения требуют NP времени. Это не гарантирует, что каждый граф обладает этим свойством. Очевидно, что для скучного кольцевого графа A->B->C->D->Aчрезвычайно легко найти гамильтонов цикл и для него чрезвычайно легко найти изоморфизм. Гонка вооружений будет заключаться в том, чтобы найти хороший график и цикл для использования. К счастью, это простой процесс! Если график сломан, вы можете очень быстро сгенерировать новый. Тогда вам просто необходимо его распространить!

Добыча сбивает с толку хищника, он отлично подходит для добычи. Никакого эволюционного давления на них, чтобы бросить это.

Соперники путают товарищей и друг друга, что затрудняет их получение. Но, наверное, никто не умирает.

Хищник приманивает добычу, где сработает давление отбора. Тот факт, что хищник может имитировать звуки похотливой самки моего вида, будет означать, что он может съесть меня, когда я гарцую, если я так горяч, чтобы бежать, я появляюсь. для любого женского шума, который я слышу. Эта мимическая способность не означает, что он понимает контекст происходящего дискурса или когда данный звук подходит. Мне нужно убедиться, что дама понимает мою ценность.

Стратегия жертвы состоит в том, чтобы преобразовать призывы в ситуацию вызова и ответа: на каждый призыв жертвы должен отвечать соответствующий ответ сородича.

Звонок: где дамы, которым нужен мускусный самец?
Ответ: Я леди и хочу мускусного самца!
Звонок: Вы дама, которой нравится парень с большими светлыми глазами?
Ответ: Я леди и хочу мускусного самца! - неправильно . Ее ответ должен иметь отношение к большим ярким глазам. Она мошенница какая-то.

Это не большой шаг в эволюционном плане. Если вы можете сделать один звонок, вы можете сделать более одного. Если вы подождете, пока не услышите один правильный ответ, вы можете подождать, пока не услышите 3 или 4 ответа подряд. Вместо того, чтобы просто повторять зов жертвы, хищник должен повторить правильный зов. Если ваша дама ошибается, может быть, она молода - дайте ей еще одну попытку. Если она продолжит ошибаться, возможно, вам пора двигаться дальше. Может быть, это не дама.

Но это тоже можно преодолеть — это определенно подготовка к эволюционной гонке вооружений, которая может иметь очень интересные конечные результаты.

Рассмотрим сверчков

Самцы сверчков издают чириканье, потирая друг о друга передние крылья. Одна сторона крыльев имеет зазубренный край. Когда плоская сторона крыла трется о зазубренную сторону, это издает чирикающий звук. [1]

Так что пусть ваше существо будет высокочувствительным к изменению шума, а затем создайте шум, основанный на внешнем элементе (коже, чешуе, перьях и т. д.). Небольшие вариации в узорах чешуи (здесь мы будем использовать чешуйки в качестве примера) позволят различать существ, но это также то, что будет передаваться генетически. Таким образом, потомство будет похоже на родителей (что позволяет идентифицировать семью / вид).

Очевидно, что по мере роста животного рисунок его чешуи будет меняться, однако это будет похоже на варку лягушки, изменения, вызванного повседневным ростом, не будут достаточными, чтобы вызвать путаницу. Одна проблема, которая возникает из-за этого, заключается в том, что существа не встречаются друг с другом в течение достаточно долгого времени. Но тогда это вернется к «Я знаю, что это самец/самка вида xyz», но уже не будет таким точным, как «О, это мой друг».

Симбиотические отношения с некоторыми особыми бактериями

Самая большая проблема в этом вопросе заключается в том, что вид может иметь большое биоразнообразие, и лучшим решением будет то, которое может работать даже с большим количеством вариаций видов даже в одном стаде или стае. Чтобы помочь установить случайно меняющийся криптографический ключ, которым можно было бы делиться между видами, имеет смысл переложить ответственность на что-то другое, в данном случае на бактерии.

Бактерии, вырабатывающие феромоны

Бактерии в этих отношениях производят ряд уникальных феромонов на разных уровнях, которые, казалось бы, вращаются случайным образом, но на самом деле выполняют математические операции на основе ДНК , что приводит к структуре феромонов. Бактерии при делении синхронизируют последовательность случайных чисел. Подобно тому, как цикады могут синхронизировать свои циклы, бактерии, вероятно, будут иметь аналогичные механизмы. С учетом сказанного, разные культуры бактерий могут медленно дрейфовать или мутировать, вызывая формирование нового ключа.

Пакеты для культур

У рассматриваемого вида будет несколько мешочков, которые питают культуры бактерий и могут выделять феромоны, прежде чем они передают сообщение. Другие представители вида слышат сообщение, но ждут, пока они не почувствуют запах феромона (который, надеюсь, ветер дует в правильном направлении). Почувствовав запах, они нюхают собственные мешочки, чтобы проверить, не совпадают ли они. Если ни один из них не подходит или они не чувствуют запаха, они игнорируют его.

Несколько пакетов позволяют им хранить разные партии культур бактерий. Культуры бактерий, скорее всего, будут расходиться, поскольку группы животных идут своим путем. Поскольку такие новые стада или семьи, вероятно, будут иметь некоторые интересные ритуалы либо со смешиванием своих культур бактерий для создания новой смеси, которую могут разделить все члены нового стада или семьи, либо с взятием одной из культур у лидера и передачей ее с остальными. другие. Наличие нескольких сумок позволяет им сохранить свою предыдущую семью или культуру стада, поэтому, если другие люди, не входящие в их непосредственную семью, взывают о помощи, они все равно могут подтвердить подлинность этого крика.

Дополнительные адаптации

Существам, вероятно, потребуется очень острое обоняние, чтобы уловить тонкости в различных смесях и составе феромонов. Их культуральные пакеты должны кормить бактерии уникальной формулой, позволяющей им производить феромоны или жидкость, которая высвобождается добровольно и/или после смерти и убивает все культуры бактерий. Это поможет предотвратить кражу культур бактерий хищниками или другими существами для подделки сигналов.