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Wie neuronale Netzwerke mit Kryptografie umgehen

Google Brain – KIs bringen sich Verschlüsselungen selbst bei
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Forschungsergebnisse des Google-Brain-Teams belegen: auf neuronalen Netzwerken basierende künstliche Intelligenzen (KIs) können erlernen, selbstständig eigene Verschlüsselungen zu entwickeln. In einem Experiment gelang es den KIs, Ver- und Entschlüsselungen anzupassen ohne zuvor spezifische Algorithmen erhalten zu haben.

Forscher des Deep-Learning-Projekts Google Brain vermelden einen weiteren Durchbruch in der Forschung zu künstlichen Intelligenzen (KIs) und neuronalen Netzwerken. So habe man KIs erschaffen, die dank eines selbst entwickelten, abhörsicheren Krypto-Algorithmus verschlüsselt mit anderen KIs kommunizieren können.

Im Forschungsbericht „Learning to Protect Communications with Adversarial Neural Cryptography“ beschreiben Martín Abadi und David Andersen den Experimentaufbau folgendermaßen: Während zwei künstliche Intelligenzen (Alice und Bob) die Aufgabe erhielten, abhörsicher miteinander zu kommunizieren, bekam eine dritte KI (Eve) den Auftrag, diese Kommunikation abzuhören und zu entschlüsseln. In diesem Fall ist die angestrebte Sicherheit also die Geheimhaltung der geteilten Daten.

Geheimhaltung von Daten durch kryptographische Verschlüsselung

Konkret sah die Aufgabenstellung so aus: Alice sollte Bob eine verschlüsselte 16-Bit-Nachricht schicken, also bestehend aus 16 Nullen und Einsen. Als Empfänger sollte Bob die Botschaft entschlüsseln. Die dritte im Bunde, Eve, nahm die Rolle der Spionin, sozusagen der „Woman-in-the-middle“ ein, und sollte die Verschlüsselung knacken – woran sie von Alice und Bob durch Anpassung ihrer Verschlüsselungen natürlich gehindert werden sollte.

Anpassung der Kryptographieschemata

Statt einer kompletten Anleitung zur Verschlüsselung, erhielten die beiden neuronalen Netzwerken Alice und Bob lediglich einen geheimen Schlüssel, den sie zu Ver- und Entschlüsselung einsetzen konnten – was ihnen auch gelang. Denn die Forscher konnten beobachten, wie Alice und Bob in der Lage waren, auf Eves Bespitzelungsversuche zu reagieren. Alice erdachte daraufhin selbstständig neue Verschlüsselungen für die Kommunikation mit Bob und konnte Eve so ausbremsen.

Am Anfang gelang die Kommunikation zwischen den beiden KIs Alice und Bob allerdings nur mäßig gut – Spionin Eve konnte teils erfolgreich „mithören“. Doch die neuronalen Netzwerke lernten weiter und wurden immer besser. Nach 15.000 Durchläufen hatten Alice und Bob einen Krypto-Algorithmus gefunden, mit dessen Hilfe sie nahezu abhörsicher kommunizieren konnten. Der Spionin Eve gelang es entweder gar nicht oder nur noch durch Zufall, die Nachrichten in Teilen zu entschlüsseln.

Maschinell generierte Verschlüsselung als Antwort auf maschinelle Entschlüsselung

Laut Kyt Dotson übertrifft das Ausmaß der von durch Menschen generierten Verschlüsselung die von den KIs in diesem Experiment erlernten Verschlüsselungen noch weit. Bei der Entschlüsselung durch das Erkennen von Schemata in großen Mengen enkodierter Daten hingegen haben die KIs die Nase vorn.

Die Verschlüsselung, die Alice benutzte, um ihre Nachrichten an Bob zu verschlüsseln, war offenbar so komplex und raffiniert, dass die Google-Forscher bisher nicht genau wissen, wie sie funktioniert. Dazu bedürfe es erst einer umfassenden Analyse und von der hat man aus Zeitgründen abgesehen.

Bei dem Versuch zeigte sich außerdem, dass neuronale Netzwerke nicht nur lernen und variieren können, wie sie eine Nachricht verschlüsseln müssen. Darüber hinaus können sie scheinbar auch lernen, was genau sie verschlüsseln müssen. Dadurch können sie eine Geheimhaltung der Daten bei möglichst geringem Aufwand erreichen.

Betrachtet man das Google-Brain-Experiment mit etwas Abstand, ist zwar nachvollziehbar, dass sich einem angesichts verschlüsselt kommunizierender KIs die Nackenhaare aufstellen. Erst recht, wenn sich die Verschlüsselung nicht nachvollziehen lässt. Aber in einer Zeit, in der die Sicherheit im Internet auf Kryptographie beruht, ist ein erfolgreicher Schutz durch lernfähige KIs, die Verschlüsselungsmechanismen selbständig anpassen können, nicht zu verachten.

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