Квантовая криптография позволяет сделать общение людей полностью безопасным, защитив каналы связи от прослушивания. Эта технология становится все более важной. Физики уже давно знают, что квантовые компьютеры (когда они появятся в пригодном для работы виде) позволяют взломать любые типы криптографической защиты. Ну а поскольку появление коммерческих квантовых компьютеров не за горами, то ученым приходится изобретать все более сложные методы защиты данных. Все это — в интересах бизнеса, правительственных организаций, военных.
В целом, квантовая криптография важна для всех, кому нужна практически стопроцентная защита от взлома. Но здесь есть одна проблема. Дело в том, что квантовая криптография работает с отдельными фотонами, которые и несут квантовую информацию. Но даже лучшие оптоволоконные кабели могут вести фотоны на расстояние не больше 200 км, прежде, чем абсорбционный процесс сделает все эти попытки бессмысленными. Поэтому квантовая криптография ранее работала (и то в тестовом варианте) лишь на коротких расстояниях.
Но китайские ученые разработали спутник, который убрал препятствие в виде расстояния. Этот спутник, Micius, был запущен в 2016 году. В течение предыдущих лет он выполнял различные задания и выходил на операционный уровень. Прошлым летом он заработал на полную мощность и смог телепортировать фотон с орбиты прямо на Землю.
Как можно догадаться, квантовая криптография — это метод защиты коммуникаций, основанный на принципах квантовой физики. В отличие от традиционной криптографии, которая работает с чисто математическими методами для обеспечения секретности информации, квантовая криптография сосредоточена на физике. Процесс отправки и приема информации выполняется физическими средствами, как пример — электроны или фотоны. Ну а подслушиванием может считаться изменение определенных параметров физических объектов — в этом случае переносчиков информации.
Технология квантовой криптографии опирается на принципиальную неопределенность поведения квантовой системе, что выражается в принципе неопределенности Гейзенберга. В этом случае нельзя одновременно получить координаты и импульс частицы, а также нельзя измерить один параметр фотона без искажения другого.
В идеальном варианте при помощи квантовых явлений можно создать такую систему связи, которая позволит обнаруживать подслушивание в 100% случаев. Как уже говорилось выше, подслушивание квантового канала ведет к изменению параметров исходного сигнала. Уровень шума в системе будет повышаться, и пользователи системы сразу смогут распознать факт подслушивания, а также измерить уровень его активности.
Устройства для квантовой криптографии нельзя назвать новыми. Так, первая функционирующая квантово-криптографическая система была создана в 1989 году в Исследовательском центре IBM учеными Беннетом и Брассаром. Система представляла собой квантовый канал, который работал, с одной стороны, с передающим аппаратом Алисы, с другой — с принимающим аппаратом Боба. Оба аппарата находились на расстоянии 1 метра друг от друга. Управление происходило при помощи компьютера, в который были загружены программные представления легальных пользователей злоумышленника Евы, пытавшегося «подслушать».
Частицы, находящиеся в системе квантовой криптографии, можно назвать квантовыми ключами. Их распространение — ключевой процесс. Если у обеих сторон есть ключ, они могут общаться по традиционным каналам связи без угрозы быть подслушанными. Так вот, спутник китайцев отправляет ключи с орбиты. Он расположен на орбите таким образом, что проходит над определенными точками земной поверхности примерно в одно и то же время каждый день.
Когда спутник находится на китайской наземной станцией в провинции Хэбэй, он отправляет ключ на Землю, что позволяет открывать защищенные каналы связи. Китайцам удалось открыть защищенный канал видеосвязи между Китайской академией наук в Пекине и Австрийской академией наук в Вене. Таким образом, обе стороны получили по ключу. Видеосвязь осуществлялась по традиционному каналу.
«Мы продемонстрировали возможность межконтинентальной квантовой связи, между двумя точками, удаленными друг от друга на 7600 километров», — заявили участники проекта.
Несмотря на успехи, пока что рано говорить о коммерческом использовании технологии. На данный момент это лишь доказательство работоспособности системы, основанной на теоретических принципах, представленных ранее.
Ref: arxiv.org/abs/1801.04418
Комментарии (26)
dmitrodem
01.02.2018 23:59Физики уже давно знают, что квантовые компьютеры (когда они появятся в пригодном для работы виде) позволяют взломать любые типы криптографической защиты.
пруф? слышал только про то, что RSA к нему неустойчив.
eatfears
02.02.2018 11:30Рад за физиков, но вроде как это работа математиков.
Насколько я знаю, существующие квантовые алгоритмы также позволяют решать задачу дискретного логарифмирования. В частности, алгоритм Шора может использоваться как для факторизации, так и для дикретного логарифмирования. Так что уязвим большой класс криптоалгоритмов.
Shkaff
02.02.2018 12:08Добавлю, что сейчас есть пост-квантовые алгоритмы, которым квантовость нипочем.
AngReload
02.02.2018 20:37Недавно заметка была на модные темы: https://geektimes.ru/post/297689/ «Квантово-устойчивый блокчейн». Для SHA-256, например, квантовые компьютеры не страшны.
Shkaff
03.02.2018 11:07Это верно, собственно, SHA-256 можно отнести к постквантовым алгоритмам, как и другие алгоритмы с хэш-функциями (там на вики про это написано тоже).
Rusli
02.02.2018 02:08Возможно, в статье пропущены важные детали.
Просто если поставить задачу «общаться по традиционным каналам связи без угрозы быть подслушанными», то никакие спутники не нужны, задача решается примерно в 100.000 раз дешевле. Просто одноразовые шифроблокноты на жестких дисках максимальной емкости. Если брать предварительно записанный рандом, идентичный с таким же на принимающей стороне, с диска, и видео в пропорции 1:1, то с одним диском можно провети сотни, если не тысячи, часов видеоконференций. Ну про текст вообще молчу — одного диска хватит на 100 лет с большим запасом.
Nuwen
02.02.2018 05:20Одноразовые шифроблокноты решают проблему тогда, когда люди уже имели возможность обмена ими. Если же люди не могут лично обменяться информацией, то любые блокноты уязвимы так же, как и другие способы передачи ключа. Диск нужно будет переправить собеседнику, и его в процессе смогут незаметно перехватить.
myanacc
02.02.2018 05:53Ну а поскольку появление коммерческих квантовых компьютеров не за горами
Во второй половине 20-го века примерно так же рассуждали о термоядерном синтезе. Поживем – увидим.
ARad
02.02.2018 06:07Спутник сам генерировал ключи и передавал их или шла передача ключей через спутник?
mike_y_k
02.02.2018 08:07Вроде как статья, но она породила только вопросов на свой объём.
Наверное не стоит переводить новости для всех.
До коммерческой реализации пока ещё даже не понятно сколько нужно пройти.
Ну и пока это просто некая замена отдельному каналу для распространения ключа. Фельдсвязь тут помедленнее, но явно пока дешевле.
А вопрос с надежностью таки очень сильно от множества промежуточных этапов зависит.
И утечь тот ключ при сверхнадёжном канале вполне мог на других этапах.
Вот когда это станет условно чёрным ящиком с входом-выходом для потока данных и отдельным прямым квантовым каналом через спутник для ключей, тогда можно будет обсудить…
cicatrix
02.02.2018 08:46А если Еве наплевать, будет она обнаружена или нет, если задача Евы — во что бы то ни стало перехватить сообщение, которое Алиса передаёт Бобу, а дальше — хоть трава не расти… я так понимаю, шифрование-то самое обычное, просто канал позволяет обнаружить прослушку.
Nuwen
02.02.2018 09:12Можно обнаружить прослушку в реальном времени, соответственно при первом же утёкшем бите передача прерывается.
LeonidI
02.02.2018 10:15Не совсем так. Общая схема взаимодействия, если мы хотим передать сообщение длиной 100 байт
1. Генерируем случайный одноразовый ключ длиной 150 байт
2. Передаем его по квантовому каналу
3. Сверяем результаты 50 байт (правильно ли работает канал квантовой связи, нет ли подслушки). Если что-то не так — вызываем СБ и возвращаемся к пункту 1. Но нам совершенно не жалко этот ключ.
4. Делаем побайтный XOR для ключа и нашего секретного сообщения. Результат передаем по _открытому_ каналу. Тут фишка в том, что если все сделано правильно (ключ одноразовый, нет частотности знаков и т.п.), то без ключа сообщение восстановить невозможно.
5. Получатель восстанавливает сообщение, зная ключ.mayorovp
02.02.2018 20:43XOR не обязателен. Как только у двух сторон есть общий секрет — его можно использовать для любого симметричного шифра (при нехватке бит можно взять хеш-функцию).
TimsTims
02.02.2018 09:50Вроде как спутник был запущен с парами фотонов, которые заранее были «сгенерированы» и упакованы в разные коробочки, которые и развезли в разные точки, откуда была инициирована ВКС. Отличие же этого способа передачи информации от метода «записать всё в шифроблокноты, или на 2 жестких диска» отличается в том, что ты никогда не узнаешь о том, что жесткий диск или блокнот был скопирован по пути на 7000км, а значит ты не можешь на 100.00% (не на 99.99%) быть уверенным, что вас не прослушивают.
Кванты же позволяют (если простыми словами) точно знать, что никто эти коробочки до тебя еще «не открывал», а если и открывал, то шифры уже не совпадут.Shkaff
02.02.2018 12:14Вроде как спутник был запущен с парами фотонов, которые заранее были «сгенерированы» и упакованы в разные коробочки
Нет, запутанные фотоны генерируются прямо на борту, благо это довольно просто.
Farxial2
02.02.2018 12:24Лучше бы разработали нормальную и эффективную технологию беспрепятственной передачи информации на любое расстояние для простых людей.
AlexAV1000
02.02.2018 13:12Но даже лучшие оптоволоконные кабели могут вести фотоны на расстояние не больше 200 км, прежде, чем абсорбционный процесс сделает все эти попытки бессмысленными.
Это не так, если формировать при модуляции света не прямоугольные импульсы, а солитоны, то они распространяются без потерь на несколько тысяч километров по волокну, за счет нелинейности последнего. Это было продемонстрировано еще в конце 90-тых. Много над этим работали англичане и японцы.Shkaff
02.02.2018 21:57Так там же процесс передачи на однофотонном уровне, никакой нелинейности возникнуть не может.
Scratch
«Межконтинентальная квантовая связь» конечно сильно сказано, спутник всего лишь ключики раздавал, а дальше они уже с помощью AES шифровали. Но все равно круто