Chip baru dapat melindungi perangkat biomedis nirkabel dari serangan kuantum

Desain chip ultra-efisien memungkinkan algoritma kriptografi yang sangat kuat berjalan pada perangkat edge dengan keterbatasan daya energi.

Seiring perkembangan komputer kuantum, teknologi ini diperkirakan mampu membobol sistem keamanan yang selama ini digunakan untuk melindungi sebagian besar data sensitif dari serangan peretas. Para ilmuwan dan pembuat kebijakan kini sedang mengembangkan serta menerapkan kriptografi pasca-kuantum (post-quantum cryptography/PQC) untuk menghadapi ancaman di masa depan tersebut.

Para peneliti MIT telah mengembangkan sebuah microchip ultra-efisien yang mampu menghadirkan teknik kriptografi pasca-kuantum ke perangkat biomedis nirkabel, seperti alat pacu jantung dan pompa insulin. Perangkat yang dapat dikenakan, ditelan, maupun ditanam di tubuh ini biasanya memiliki keterbatasan daya sehingga tidak mampu menjalankan protokol keamanan yang membutuhkan komputasi tinggi.

Chip mungil tersebut, yang ukurannya kira-kira sebesar ujung jarum sangat halus, juga dilengkapi perlindungan bawaan terhadap upaya peretasan fisik yang dapat melewati sistem enkripsi untuk mencuri data pengguna, seperti nomor identitas pasien atau kredensial perangkat. Dibandingkan desain sebelumnya, teknologi baru ini lebih dari sepuluh kali lebih hemat energi.

Dalam jangka panjang, chip ini berpotensi memungkinkan generasi baru perangkat medis nirkabel tetap memiliki keamanan kuat meskipun komputer kuantum semakin umum digunakan. Selain itu, teknologi ini juga dapat diterapkan pada berbagai perangkat edge dengan keterbatasan sumber daya, seperti sensor industri dan label inventaris pintar.

“Perangkat edge kecil ada di mana-mana, dan perangkat biomedis sering menjadi target serangan paling rentan karena keterbatasan daya membuatnya tidak dapat menggunakan tingkat keamanan paling canggih. Kami telah menunjukkan solusi perangkat keras yang sangat praktis untuk melindungi privasi pasien,” ujar Seoyoon Jang, mahasiswa pascasarjana Teknik Elektro dan Ilmu Komputer (EECS) MIT sekaligus penulis utama penelitian tentang chip tersebut.

Keamanan yang Lebih Kuat

Sebagian besar perangkat biomedis nirkabel, seperti biosensor yang dapat ditelan untuk pemantauan kesehatan, saat ini masih belum memiliki perlindungan kuat karena tingginya kebutuhan komputasi dari protokol keamanan yang ada, kata Jang.

Namun kompleksitas kriptografi pasca-kuantum dapat meningkatkan konsumsi daya hingga dua atau tiga kali lipat lebih besar.

Penerapan PQC menjadi sangat penting karena lembaga seperti National Institute of Standards and Technology (NIST) segera mulai menggantikan protokol kriptografi tradisional dengan algoritma PQC yang lebih kuat. Selain itu, beberapa pemimpin industri percaya bahwa kemajuan pesat perangkat keras kuantum membuat implementasi PQC menjadi semakin mendesak.

Untuk menghadirkan protokol PQC yang boros daya ke perangkat biomedis nirkabel, para peneliti MIT merancang microchip khusus yang dikenal sebagai application-specific integrated circuit (ASIC). Chip ini secara signifikan mengurangi kebutuhan energi sekaligus tetap menjamin tingkat keamanan tertinggi.

“PQC memang sangat aman secara algoritma, tetapi membuat perangkat tahan terhadap serangan fisik biasanya membutuhkan perlindungan tambahan yang meningkatkan konsumsi energi dua hingga tiga kali lipat. Kami ingin chip kami kuat terhadap kedua ancaman keamanan tersebut dengan cara yang sangat ringan,” kata Jang.

Pendekatan Multi-Lapisan

Untuk mencapai tujuan tersebut, para peneliti menambahkan beberapa fitur desain pada chip.

Pertama, mereka menerapkan dua skema PQC berbeda untuk meningkatkan ketahanan dan membuat perangkat lebih “future-proof” jika suatu saat salah satu skema terbukti tidak aman. Untuk meningkatkan efisiensi energi, mereka menggunakan teknik yang memungkinkan algoritma PQC berbagi sebanyak mungkin sumber daya komputasi chip.

Kedua, para peneliti merancang generator angka acak sejati (true random number generator) yang sangat efisien di dalam chip. Perangkat ini terus menghasilkan angka acak yang digunakan sebagai kunci rahasia, yang sangat penting untuk penerapan PQC.

Desain internal ini meningkatkan efisiensi energi dan keamanan dibandingkan pendekatan standar yang biasanya menerima angka acak dari chip eksternal.

Ketiga, mereka menerapkan perlindungan terhadap jenis serangan fisik yang disebut power side-channel attack, namun hanya pada bagian paling rentan dari protokol PQC.

Dalam serangan ini, peretas mencuri informasi rahasia dengan menganalisis konsumsi daya perangkat saat memproses data. Peneliti MIT menambahkan redundansi secukupnya pada operasi PQC untuk memastikan chip terlindungi dari jenis serangan tersebut.

Keempat, mereka merancang mekanisme deteksi kesalahan dini sehingga chip dapat menghentikan operasi lebih awal jika mendeteksi gangguan tegangan listrik.

Perangkat biomedis nirkabel sering memiliki suplai daya yang tidak stabil sehingga rentan mengalami gangguan yang dapat menyebabkan seluruh prosedur keamanan gagal. Pendekatan MIT menghemat energi dengan menghentikan proses yang dipastikan gagal sebelum selesai dijalankan.

“Pada akhirnya, berkat teknik yang kami gunakan, kami dapat menerapkan komponen kriptografi pasca-kuantum tanpa menambah beban energi, sekaligus memberikan ketahanan terhadap serangan side-channel,” ujar Jang.

Perangkat mereka mencapai efisiensi energi 20 hingga 60 kali lebih tinggi dibandingkan teknik keamanan PQC lain yang mereka bandingkan, dengan ukuran area chip yang juga lebih ringkas dibanding banyak chip yang ada saat ini.

“Seiring kita beralih ke pendekatan pasca-kuantum, menyediakan keamanan kuat bahkan untuk perangkat dengan sumber daya paling terbatas menjadi hal yang sangat penting. Penelitian ini menunjukkan bahwa perlindungan kriptografi yang tangguh untuk perangkat biomedis dan edge dapat dicapai bersamaan dengan efisiensi energi dan kemampuan pemrograman,” kata Chandrakasan.

Ke depan, para peneliti ingin menerapkan teknik ini pada aplikasi rentan lainnya dan perangkat dengan keterbatasan energi.

Penelitian ini didanai sebagian oleh U.S. Advanced Research Projects Agency for Health.

Sumber : MIT News - 23 April 2026, Adam Zewe

Kategori Blog

•   Teknologi
•   Edukasi
•   Sosial
•   Bisnis
•   Opini