Российская система квантовой коммуникации доказала свою устойчивость к коллективным атакам

Ученые из Университета ИТМО оценили устойчивость разработанной ими системы квантовой коммуникации к действию коллективных атак. Для этого они построили квантовые модели элементов системы и оценили скорость генерации ключа шифрования данных. В этой системе ключ генерируется при помощи вынесения излучения квантового канала связи на боковые частоты. Полученные данные помогут в разработке защищенных многопользовательских сетей. Результаты опубликованы в Optics Express.

Квантовая криптография – перспективный метод шифрования данных. Он позволяет надежно защитить банковские счета и личную переписку на основе физических, а не вычислительных принципов защиты информации. В качестве переносчика информации в идеальных квантовых системах используют одиночные фотоны. Их нельзя разделить, потому что это минимальная «порция» энергии, нельзя скопировать из-за квантового принципа неопределенности и нельзя измерить, не изменив. Эти свойства можно использовать для формирования надежных ключей шифрования информации.

«На каждой банковской карте написано, до какого времени она действительна. Этот срок обусловлен тем, что до этого времени вашу карту гарантированно не взломают. Но после указанной даты никто никаких гарантий не дает. Когда появятся квантовые компьютеры, такая защита и вовсе перестанет работать. Поэтому нужен принципиально иной способ защиты информации, например, квантовая криптография, ‒ говорит Андрей Гайдаш, сотрудник Университета ИТМО. – Однако далеко не все практические системы квантового распределения ключа используют в качестве переносчиков информации одиночные фотоны. Чаще всего переносчиком служит ослабленное лазерное излучение, что приводит к ряду дополнительных задач».

Вместе с коллегами Андрей занимается разработкой системы квантовой коммуникации на боковых частотах. Распределение квантового ключа в такой системе происходит между двумя пользователями: отправителем и получателем. При этом, если третья сторона или злоумышленник пытается взломать систему, ее присутствие моментально обнаруживается. Недавно ученые опубликовали результаты исследования надежности этой системы. Они построили квантовые модели ключевых элементов установки и показали, что разработанная ими система защищена от самых опасных коллективных атак.

Устойчивость системы исследователи оценивали по скорости генерации секретного ключа с учетом присутствия в канале злоумышленника. Чем выше эта скорость, тем быстрее можно шифровать информацию. Но если расстояние между отправителем и получателем велико, то вероятность того, что одиночные фотоны дойдут до получателя, уменьшается, а скорость генерации ключа снижается. Поэтому система может считаться надежной, только если скорость генерации ключа в ней не падает до нуля на больших расстояниях.

«Мы рассматривали атаку, при которой злоумышленник получает доступ ко всем возможным данным как в квантовом, так и в классическом каналах. Нам удалось показать, что даже в таком случае мы все равно сможем сформировать секретный ключ и зашифровать информацию, ‒ рассказывает сотрудник Университета ИТМО Антон Козубов. ‒ После теоретических расчетов, мы проверили полученные результаты экспериментально. Мы запускали нашу систему, генерировали квантовые ключи и оценивали их параметры. После статистической обработки данных мы убедились, что эксперимент подтвердил теорию  и наша система действительно устойчива».

В дальнейшей работе ученые намерены усовершенствовать квантовые модели таких элементов  системы, как квантовый канал и детектор одиночных фотонов. По их словам, несмотря на то, что использованные модели хорошо согласуются с экспериментами, они имеют ряд теоретических допущений, над отказом от которых еще предстоит провести работу. Это необходимо для того, чтобы разрабатывать надежно защищенные коммуникационные сети для множества пользователей.

Статья: Security of subcarrier wave quantum key distribution against the collective beam-splitting attack. G. P. Miroshnichenko, A. V. Kozubov, A. A. Gaidash, A. V. Gleim, and D. B. Horoshko. Optics Express. April 17, 2018.

Центр научной коммуникации
Архив по годам:
Пресс-служба