Confiar pero verificar. El eslogan del control de armas popularizado por el presidente Ronald Reagan parece sencillo. Sin embargo, La verificación de datos sensibles es una tarea muy compleja.

Verificar que una ojiva nuclear es realmente una ojiva puede incluir la confirmación de atributos clave. Pero el acto de confirmar ciertos atributos técnicos puede revelar información de diseño crítica, secretos nacionales celosamente guardados para cualquier país. La confirmación de estos atributos probablemente requerirá superar el obstáculo de proteger los datos de diseño confidenciales.

El físico de Sandia National Laboratories, Peter Marleau, ha desarrollado un nuevo método para verificar los atributos de las ojivas. Llamado CONFIDANTE, para la confirmación mediante un detector de imágenes de neutrones rápidos con codificación de tiempo positivo nulo anti-imagen, el método podría ayudar a abordar el problema de realizar mediciones de verificación y al mismo tiempo proteger la información sensible del diseño. CONFIDANTE proporciona un término medio para el propietario de la ojiva, o anfitrión, que quiere proteger la información confidencial, y el monitor, que puede estar buscando verificar que la información confidencial para confirmar que el artículo inspeccionado es una ojiva.

"CONFIDANTE es una implementación de una prueba de conocimiento cero (ZKP) como una forma de demostrar la validez de un reclamo sin proporcionar más información más allá del reclamo en sí, ", explicó Marleau." A diferencia de otros métodos de confirmación de ZKP, que se basan en un instrumento de medición que ha sido precargado con información sensible, CONFIDANTE permite a la parte supervisora ​​realizar la medición en tiempo real sin acceder a datos de diseño confidenciales ".

Superando la barrera de la confianza con ZKP

Hace unos tres años, El Laboratorio de Física del Plasma de Princeton del Departamento de Energía y la Universidad de Princeton desarrollaron un sistema de comparación de objetos ZKP para respaldar potencialmente la confirmación de ojivas mientras se protegen los datos de diseño confidenciales. En criptografía matemática, ZKP se logra desafiando a un host a resolver un problema que solo es posible si el host posee la información que se está autenticando. Después de repetidos desafíos, el anfitrión puede demostrar que posee esa información sin revelar ningún detalle sobre la información en sí.

En la implementación de ZKP del grupo de Princeton, La confirmación de que una supuesta ojiva tiene las características de una ojiva se demuestra mediante la transmisión de neutrones y los recuentos de emisiones medidos por una serie de detectores de radiación. Para proteger los datos de diseño confidenciales durante el proceso de medición, el método de Princeton prepara los detectores de radiación con una plantilla en lugar de comparar directamente en tiempo real las imágenes de una ojiva que se verifica con una ojiva confiable.

La plantilla es el complemento de la medida que se espera de una ojiva real. Si los dos coinciden, se anulan dejando solo ruido estadístico, sin proporcionar más información. Las "plantillas" son efectivamente destruidas por la medición, por lo que el monitor no tiene la oportunidad de mantener los datos con los que se compara una medición.

"Pero para proteger los datos de diseño confidenciales, la plantilla, el proceso de precarga, y el propio detector, estará fuera del alcance de la parte supervisora, "dijo Marleau." Todo esto, incluyendo la medición real debe ser realizada por el anfitrión. Cuando la parte supervisora ​​pierde el control de gran parte del proceso de medición, se vuelve difícil confiar en su autenticidad ".

Controlado por monitor, autenticación en tiempo real

Marleau, su colega Patricia Schuster, un becario postdoctoral de la Universidad de Michigan, y Rebecca Krentz-Wee, una Universidad de California, Berkeley, estudiante de posgrado en ingeniería nuclear, se propuso resolver este problema. "Nos preguntamos, ¿Existe un método que mantenga la propiedad agradable de una coincidencia positiva indicada solo por ruido estadístico mientras permite que una parte de monitoreo tenga el control del detector durante todo el proceso de medición? ", dijo Marleau.

Exploraron diferentes conceptos que podrían proporcionar implementaciones de ZKP más prácticas y verificables. Una solución prometedora son las imágenes codificadas en el tiempo (TEI), un método que Sandia desarrolló durante los últimos cinco años con fondos del programa de Investigación y Desarrollo de la Defensa de la No Proliferación Nuclear de la Administración Nacional de Seguridad Nuclear, basado en investigaciones anteriores financiadas por el programa de Investigación y Desarrollo Dirigido por Laboratorios.

TEI es un nuevo enfoque para la detección indirecta y la localización de materiales nucleares especiales, que se basa en la codificación de información direccional en la modulación dependiente del tiempo de velocidades de detección de neutrones rápidos. Sandia desarrolló TEI para superar la calibración precisa y el alto costo de la detección típica, que utiliza matrices de detectores.

TEI utiliza un solo detector dentro de una máscara codificada cilíndrica. A medida que la máscara gira, la radiación del objeto es modulada por un patrón de aberturas y elementos de máscara en el cilindro. Usando TEI, un solo detector puede hacer el trabajo de varios detectores para crear una imagen bidimensional completa del objeto.

"Nos dimos cuenta de que si diseñamos la máscara de modo que el patrón en una mitad del cilindro sea el inverso de la otra mitad, un objeto en un lado del sistema proyectará la imagen inversa de un objeto en el lado opuesto del sistema en todo momento si y solo si los dos objetos son idénticos. La imagen y la anti-imagen se cancelarán efectivamente entre sí y el detector mostrará una tasa constante sin modular, ", dijo Marleau." Y podemos hacerlo sin registrar información potencialmente sensible ".

Debido a que en el detector no se almacena ni se registra información que no sea ruido estadístico, a diferencia de un enfoque de plantilla, la parte anfitriona, en teoría, puede certificar que no hay información confidencial en riesgo. El monitor puede tener acceso completo a los datos en tiempo real, potencialmente incluso realizando la medición ellos mismos. Usando este método, dos objetos pueden confirmarse como idénticos. Para demostrar además que son ojivas, ambas partes negociadoras tendrían que ponerse de acuerdo sobre una ojiva auténtica, una ojiva "dorada" para compararla con cualquier otro objeto medido. Esta autenticidad luego se transfiere a todos los objetos que se han medido o se medirán.

Capa adicional de protección

Una posible falla es que si los dos objetos no están alineados a la perfección, la medición podría revelar información espacial. "Una ligera desalineación podría revelar contornos, "dijo Marleau.

Para la medición de verificación, la parte de monitoreo solo necesita confirmar que el detector está midiendo una tasa constante consistente con el ruido estadístico.

"Puede definir métricas específicas que se pueden actualizar en tiempo real y pueden decirle a la parte supervisora ​​si los datos son consistentes con las estadísticas de conteo, "dijo Marleau.

La destilación de los datos en un solo número también es irreversible, lo que significa que no hay forma de aplicar ingeniería inversa a los datos para conocer las características de diseño de la ojiva que se verifica, incluso si algo sucediera. como una desalineación accidental, que produjo un resultado falso negativo.

Primera prueba de concepto

El Departamento de Estado, La Oficina de Verificación y Cumplimiento de Control de Armas (AVC) a través del Fondo de Activos de Verificación Clave financió a Sandia para realizar una medición de prueba de concepto. CONFIDANTE se probó en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore utilizando hemisferios idénticos de dióxido de plutonio. "Sabíamos que estos dos objetos eran idénticos antes de la prueba, "dijo Marleau." CONFIDANTE confirmó esto con estadísticas de conteo no moduladas. También hicimos una prueba negativa exitosa que mostró que dos objetos diferentes no se cancelaban entre sí ".

Esta prueba demostró su viabilidad, por lo que ahora el equipo de Sandia planea mejorar CONFIDANTE con una versión de rayos gamma más compacta del generador de imágenes. Marleau también espera realizar otra prueba de viabilidad en la planta de Pantex, una instalación del Departamento de Energía para el montaje y desmontaje de armas nucleares.

"Es fundamental que continuemos desarrollando y evaluando operativamente CONFIDANTE y otros métodos de autenticación de ojivas, ", dijo Marleau." Estas herramientas deben estar listas para funcionar antes de que se negocie un ejercicio o un tratado. En ese punto, hay poco tiempo para la investigación y el desarrollo. Creo que CONFIDANTE tiene el potencial de abrir nuevas posibilidades en la verificación de tratados. Con soluciones técnicas implementadas, las partes pueden estar más dispuestas a entablar negociaciones ".