Квантовая криптография

Квантовая криптография. Идеи квантового компьютера и квантовой криптографии возникли через сто лет после рождения квантовой физики.

Возможность построения квантовых компьютеров и систем связи подтверждается современными теоретическими и экспериментальными исследованиями.

Одной из основных проблем современной криптографии является безопасное распределение ключей, в частности защита от атак типа человек посередине при использовании алгоритмов с открытым ключом. Перед началом безопасного общения происходит обмен ключами. Это должно произойти так, чтобы никакая третья сторона не смогла узнать даже его части или дать вместо ваших ключей свои, фальшивые, чтобы тайно читать переписку.

Задача безопасной пересылки ключей может быть решена с помощью квантовой рассылки ключей QKD Quantum Key Distribution. Надежность метода основана на нерушимости законов квантовой механики, злоумышленник никаким способом не сможет отвести часть сигнала с передающей линии, так как нельзя поделить электромагнитный квант на части. Любая попытка третьей стороны вмешаться в процесс передачи вызовет очень высокий уровень ошибок.

Как говорят специалисты, степень надежности в данной методике выше, чем в случае применения алгоритмов с парными ключами например, RSA. Первый протокол квантовой криптографии BB84 был предложен и опубликован в 1984 году Беннетом IBM и Брассардом идея была развита Экертом в 1991 году. В основе метода квантовой криптографии лежит наблюдение квантовых состояний фотонов. Отправитель задает эти состояния, а Получатель их регистрирует. Затем Получатель и Отправитель совместно обсуждают наблюдений. Обсуждение касается ошибок, внесенных шумами или злоумышленником, и не раскрывает содержимого переданного сообщения.

В качестве источника света может использоваться светоизлучающий диод или лазер. Свет формируется в виде коротких импульсов. Поляризация каждого импульса модулируется Отправителем. Получатель измеряет поляризацию фотонов и сообщает Отправителю, какую последовательность базовых состояний он использовал. Отправитель уведомляет Получателя о том, какие базовые состояния использованы корректно.

Более эффективной проверкой является проверка на четность, осуществляемая по открытому каналу в качестве открытого канала могут использоваться обычные телефонные линии, линии радиосвязи и локальные сети. Например, Отправитель может сообщить Я просмотрел 1-й, 2-й, 10-й и 99-й из моих 1000 битов данных, и они содержат четное число единиц. Тогда Получатель подсчитывает число единиц на тех же самых позициях. Если данные у Получателя и Отправителя отличаются, то проверка на четность случайного подмножества этих данных выявит этот факт с вероятностью 0,5 независимо от числа и положения ошибок.

Достаточно повторить такой тест 20 раз с 20 случайными подмножествами, чтобы сделать вероятность необнаруженной ошибки очень малой. В 1989 году Беннет и Брассард в Исследовательском центре IBM построили первую работающую квантово-криптографическую систему ККС. Она состояла из квантового канала, содержащего передатчик Отправителя на одном конце и приемник Получателя на другом, размещенные на оптической скамье длиной около метра в светонепроницаемом полутораметровом кожухе размером 0,5х0,5 м. квантовый канал представлял собой воздушный канал длиной около 32 см. Макет управлялся с ПК, который содержал программное представление Отправителя и Получателя, а также злоумышленника.

Передача сообщения через воздушную среду завершилась успешно. Основная проблема при увеличении расстояния между передатчиком и приемником сохранение поляризации фотонов.

Сейчас в рабочих системах используется оптоволокно. Работы в области квантовой криптографии ведутся во многих странах. В России этими вопросами занимаются в Государственном университете теле коммуникаций. В США в Лос-Аламосской национальной лаборатории создана линия связи длиной 48 км, в которой осуществляется распределение ключей со скоростью несколько десятков Кбитс, а в университете Дж. Хопкинса реализована локальная вычислительная сеть с квантовым каналом связи длиной 1 км, в которой достигнута скорость передачи 5 Кбитс. В Великобритании, в Оксфордском университете, реализован целый ряд макетов ККС с использованием различных методов модуляции и детектирования оптических сигналов.

Компания MagicQ представила систему Navajo, совершеннейшую из существующих квантовых шифровальных систем. Это первая коммерчески доступная система квантовой криптографии. Основной продукт MagicQ VPN Security Gateway шлюз для организации VPN с использованием квантовой криптографии.

Система поддерживает до 100 обменов ключами в секунду, максимальное расстояние между точками 120 км. Технология использует отдельные фотоны для передачи цифровых ключей, широко используемых для кодирования секретных документов. Фотоны настолько чувствительны к внешнему воздействию, что при попытке отследить их во время передачи, их поведение мгновенно изменится, оповещая Отправителя и Получателя и отменяя перехваченный код. Второе относительно широко доступное на сегодня решение от компании idQuantique.

Она предлагает системы распределения ключей, генераторы случайных чисел и детекторы фотонов. Интерес к квантовой криптографии со стороны коммерческих и военных организаций растет, так как эта технология гарантирует абсолютную защиту. 1.2.