This post is also available in:
English (אנגלית)
ההגנה על תמונות דיגיטליות מפני מניפולציות הופכת למשימה מורכבת יותר ויותר. עם התפשטות כלי הבינה המלאכותית ותוכנות העריכה המתקדמות, אימות האותנטיות של תמונות הפך לאתגר משמעותי עבור עיתונאים, חוקרי זיהוי פלילי, גופי ממשל וארגוני ביטחון. מערכות אבטחה רבות מסתמכות כיום על מחוללי מספרים פסאודו-אקראיים (Pseudo-Random Number Generators – PRNG), היוצרים רצפי מספרים באמצעות אלגוריתמים מתמטיים. אף שהם מתאימים ליישומים רבים, רצפים אלה הם דטרמיניסטיים, כלומר בתנאים מסוימים ניתן לחזות או לשחזר אותם.
חוקרים מאוניברסיטת האניאנג (Hanyang University) פיתחו חלופה המבוססת על תהליך פיזיקלי במקום על נוסחה מתמטית. המערכת, המכונה Photospike-Based True Random Number Generator (PS-TRNG), משתמשת בפולסי אור כדי ליצור אותות חשמליים בלתי צפויים, המייצרים מספרים אקראיים אמיתיים. מספרים אלה יכולים להיות מוטמעים בתוך תמונות דיגיטליות כסימן אותנטיות מובנה.
על פי דיווח של TechXplore, המערכת מורכבת מננו-מבנים של נחושת-ונאדאט ומשכבת נקודות קוונטיות של בדיל דו-חמצני, הממוקמת בין מצע מוליך למחצה לבין אלקטרודה שקופה מוליכה. כאשר המערכת מוארת בפולסים של אור אדום, אלקטרונים נעים דרך המבנה לעבר האלקטרודה העליונה. במהלך המעבר, חלק מהאלקטרונים נלכדים באתרי פגם טבעיים בתוך שכבת הנקודות הקוונטיות. מכיוון שמיקום הלכידה ועיתויה הם אקראיים מטבעם, הזרם החשמלי שנוצר מכל פולס אור שונה במעט מקודמו.
כאשר האור נכבה, האלקטרונים הלכודים משתחררים ומייצרים אות חשמלי בלתי צפוי נוסף. המערכת ממירה את השינויים הרציפים בזרם לשלושה מצבים דיגיטליים – 0, 1 ו-2 – וכך יוצרת מספרים אקראיים במערכת תלת-ערכית (Ternary) בזמן אמת. לדברי החוקרים, המחולל עבר בהצלחה את כל 15 מבחני האקראיות של המכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה של ארצות הברית (NIST), ושמר על ביצועים יציבים לאורך יותר משני מיליון מחזורי פעולה ובמהלך 460 ימי בדיקות.
החוקרים הדגימו גם יישום מעשי של הטכנולוגיה באמצעות הטמעת המספרים האקראיים שנוצרו בתוך תמונות דיגיטליות כחתימות אבטחה בלתי נראות. מכיוון שהחתימה נוצרת מתהליך פיזיקלי המתרחש בתוך החומרה עצמה, כל שינוי בתמונה משנה גם את טביעת האצבע הדיגיטלית המוטמעת בה. כך ניתן לזהות מניפולציות ברמת הפיקסל, כולל שינויים שבוצעו באמצעות בינה מלאכותית, מבלי להשפיע כלל על המראה החזותי של התמונה.
למרות שהמחקר מתמקד באימות תמונות, לטכנולוגיה עשויים להיות גם יישומים חשובים בתחומי הביטחון וביטחון הפנים. תמונות אמינות הן מרכיב חיוני בניתוח מודיעין, במשימות מעקב, בחקירות פורנזיות ובאימות ראיות. שילוב חתימת אבטחה הנוצרת בחומרה ישירות במצלמות או בחיישני הדמיה עשוי לאפשר לוודא את אמינותן של תמונות כבר מרגע הצילום, ובכך לצמצם את הסיכון לזיופים או למניפולציות לפני שישמשו לצרכים מבצעיים או משפטיים.
לדברי החוקרים, הגישה החדשה עשויה לשנות את תפיסת אבטחת התמונות, ממערכות אימות המבוססות על תוכנה ופועלות לאחר יצירת התמונה, להגנה ברמת החומרה המשולבת ישירות בדור הבא של מצלמות ואמצעי הדמיה.
המחקר המלא פורסם כאן.
