Квантовая криптография / шифрование

Основная статья: Криптография

Технология квантового распределения криптографических ключей решает одну из основных задач криптографии — гарантированное на уровне фундаментальных законов природы распределение ключей между удаленными пользователями по открытым каналам связи. Криптографический ключ — это числовая последовательность определенной длины, созданная для шифрования информации. Квантовая криптография позволяет обеспечить постоянную и автоматическую смену ключей при передаче каждого сообщения в режиме одноразового «шифроблокнота»: на сегодняшний день это единственный вид шифрования со строго доказанной криптографической стойкостью.

Квантовые компьютеры могут расшифровать обычные ключи шифрования - нужна квантовая криптография

В основе асимметричной криптографии лежит два ключа: один может зашифровать данные, другой используется для их расшифровки. Теоретически квантовые компьютеры будут способны решать задачи существенно быстрее по сравнению с обычными компьютерами и смогут расшифровывать закрытые ключи. Учитывая темпы развития квантовых вычислений, это может случиться уже через 5-10 лет.

С появлением квантовых компьютеров традиционное шифрование перестанет быть эффективным. Это значит, что пострадает вся ценная информация, которая передается в зашифрованном виде, под угрозой окажутся банковские транзакции и криптовалюта, злоумышленники смогут получать доступ к критически важным энергетическим объектам из любой точки мира и т.д. Данная проблема затронет не только разведсообщество и экспертов в сфере кибербезопасности, но и социальные платформы и мессенджеры, такие как WhatsApp, использующие ключи для авторизации пользователей^[1].

Как работает квантовая криптография

Алгоритм Беннета

В 1991 году Беннет для регистрации изменений в переданных с помощью квантовых преобразований данных начал использовать следующий алгоритм:

• Отправитель и получатель договариваются о произвольной перестановке битов в строках, чтобы сделать положения ошибок случайными.
• Строки делятся на блоки размера k (k выбирается так, чтобы вероятность ошибки в блоке была мала).
• Для каждого блока отправитель и получатель вычисляют и открыто оповещают друг друга о полученных результатах. Последний бит каждого блока удаляется.
• Для каждого блока, где четность оказалась разной, получатель и отправитель производят итерационный поиск и исправление неверных битов.
• Чтобы исключить кратные ошибки, которые могут быть не замечены, операции предыдущих пунктов повторяются для большего значения k.
• Для того чтобы определить, остались или нет необнаруженные ошибки, получатель и отправитель повторяют псевдослучайные проверки, а именно: получатель и отправитель открыто объявляют о случайном перемешивании позиций половины бит в их строках; получатель и отправитель открыто сравнивают четности (если строки отличаются, четности должны не совпадать с вероятностью 1/2); если имеет место отличие, получатель и отправитель, использует двоичный поиск и удаление неверных битов.
• Если отличий нет, после m итераций получатель и отправитель получают идентичные строки с вероятностью ошибки 2-m.

Схема реализации квантовой криптографии

Схема практической реализации квантовой криптографии показана на рисунке. Передающая сторона находится слева, а принимающая - справа. Ячейки Покеля необходимы для импульсной вариации поляризации потока квантов передатчиком и для анализа импульсов поляризации приемником. Передатчик может формировать одно из четырех состояний поляризации. Передаваемые данные поступают в виде управляющих сигналов на эти ячейки. В качестве канала передачи данных может быть использовано оптоволокно. В качестве первичного источника света можно использовать и лазер.

На принимающей стороне после ячейки Покеля установлена кальцитовая призма, которая расщепляет пучок на два фотодетектора (ФЭУ), измеряющие две ортогональные составляющие поляризации. При формировании передаваемых импульсов квантов возникает проблема их интенсивности, которую необходимо решать. Если квантов в импульсе 1000, есть вероятность, что 100 квантов по пути будет отведено злоумышленником на свой приемник. В последующем, анализируя открытые переговоры между передающей и принимающей стороной, он может получить нужную ему информацию. Поэтому в идеале число квантов в импульсе должно быть около одного. В этом случае любая попытка отвода части квантов злоумышленником приведет к существенному изменению всей системы в целом и, как следствие, росту числа ошибок у принимающей стороны. В подобной ситуации принятые данные должны быть отброшены, а попытка передачи повторена. Но, делая канал более устойчивым к перехвату, специалисты сталкиваются с проблемой "темнового" шума (получение сигнала, который не был отправлен передающей стороной, принимающей стороной) приемника, чувствительность которого повышена до максимума. Для того, чтобы обеспечить надежную передачу данных, логическому нулю и единице могут соответствовать определенные последовательности состояний, допускающие коррекцию одинарных и даже кратных ошибок.

Дальнейшего повышения отказоустойчивости квантовой криптосистемы можно достичь, используя эффект EPR, который возникает, когда сферически симметричный атом излучает два фотона в противоположных направлениях в сторону двух наблюдателей. Фотоны излучаются с неопределенной поляризацией, но в силу симметрии их поляризации всегда противоположны. Важной особенностью этого эффекта является то, что поляризация фотонов становится известной только после измерения. Экерт предложил криптосхему на основе эффекта EPR, которая гарантирует безопасность пересылки и хранения ключа. Отправитель генерирует некоторое количество EPR фотонных пар. Один фотон из каждой пары он оставляет для себя, второй посылает своему партнеру. При этом, если эффективность регистрации близка к единице, при получении отправителем значения поляризации 1, его партнер зарегистрирует значение 0 и наоборот. Таким образом партнеры всякий раз, когда требуется, могут получить идентичные псевдослучайные кодовые последовательности. Практически реализация данной схемы проблематична из-за низкой эффективности регистрации и измерения поляризации одиночного фотона.

История

2024

Создание протокола для защиты связи от квантовых атак

В начале ноября 2024 года в Китае анонсировали «квантовоустойчивый» протокола для защиты связи от современных кибератак. Этот протокол поможет правительственным учреждениям по всему миру защитить себя в случае, если злоумышленник попытается использовать квантовые компьютеры для взлома традиционных методов шифрования.

Хотя широкомасштабное внедрение более мощных квантовых компьютеров пока что дело будущего, ученые не исключают вероятность того, что передовые технологии можно будет использовать для взлома современных криптографических систем. Поэтому эксперты намерены разработать квантово-устойчивую систему, которая сможет противостоять таким кибератакам. Проект, представленный на специализированном мероприятии в Швеции, был единогласно одобрен всеми участниками, и китайские ученые возглавят глобальную инициативу по разработке «квантово-устойчивого» протокола.

В Китае разработан протокол защиты связи от квантовых атак

США также работает над этой проблемой, и Национальный институт стандартов и криптографии (NIST) уже опубликовал три стандарта алгоритмов постквантовой криптографии. Предполагается, что эти стандарты могут использоваться для «защиты широкого спектра электронной информации: от конфиденциальных сообщений электронной почты до транзакций электронной коммерции». Согласно пресс-релизу NIST, эти алгоритмы, ставшие результатом восьмилетней работы исследователей, уже готовы к использованию.

Технология квантовых вычислений может помочь нам решить многие сложные проблемы, а новые стандарты NIST должны гарантировать, что эти нововведения не нарушат существующие системы безопасности, — отметил заместитель министра торговли по стандартам и технологиям и директор NIST Лори Э. Локасио. — Эти стандарты – краеугольный камень работы NIST по защите конфиденциальности электронной информации.[2]

Представлено российское решение для квантовой защиты мобильных коммуникаций

«Микрон», российский производитель микроэлектроники (входит в группу компаний «Элемент», ELMT), резидент ОЭЗ «Технополис Москва», совместно с компанией QRate и Московским физико-техническим институтом (МФТИ) при поддержке АО «Центр исследований и разработок» (ЦИР) разработали прототип программно-аппаратного комплекса (ПАК), позволяющий использовать технологию квантового распределения ключей (КРК) в любых пользовательских устройствах. Об этом 13 сентября 2024 года порталу TAdviser сообщили представители «Микрона». Подробнее здесь.

Запущена первая в Азии коммерческая сеть связи с квантовой защитой

8 августа 2024 года сингапурская телекоммуникационная компания Singtel объявила о запуске первой в Юго-Восточной Азии коммерческой сети связи с технологией квантовой защиты. Система National Quantum-Safe Network Plus (NQSN+) призвана обезопасить предприятия от квантовых угроз. Подробное здесь

В Томске запустили производство программно-аппаратных комплексов квантового распределения ключей

Томская компания «ПроКвант» запустила первую очередь производства программно-аппаратных комплексов квантового распределения ключей — средств обеспечения информационной безопасности. Церемония открытия состоялась в конце мая 2024 года, сообщает пресс-служба компании. Подробнее здесь.

2023

В Петербурге создали надежную систему шифрования на новых принципах

В конце декабря 2023 года российские исследователи из Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» сообщили о разработке специализированного генератора случайных последовательностей для шифрования. В основу отечественной криптографической системы положены принципы радиофотоники и оптики. Подробнее здесь.

Российские ученые установили канал с квантовой защитой между Россией и Китаем с помощью спутника

Команда ученых из Университета МИСИС, Российского квантового центра (РКЦ) и компании «КуСпэйс Технологии» провела совместный эксперимент по передаче сообщений, защищенных с помощью квантовой криптографии между Россией и Китаем. Об этом МИСИС сообщил 1 декабря 2023 года.

Чтобы передать ключ для шифрования на расстояние более 3500 км использовался уникальный спутник квантовой связи «Мо-цзы», разработанный учеными КНР. Созданная российскими специалистами наземная станция в Звенигороде позволила обменяться закодированными изображениями размером 256 х 64 пикселей с наземной станцией в Наньшане. Демонстрация технологии спутниковых квантовых коммуникаций на международном масштабе не только укрепляет позиции России в квантовой гонке, но и открывает практический путь к внедрению технологий защиты данных.

В мире цифровых коммуникаций одной из очевидных потребностей является защита информации, чтобы злоумышленники не получили доступ к передаваемым данным. Это важно, например, когда мы передаем данные своей кредитной карты при покупке в Интернете. При появлении мощного квантового компьютера эти алгоритмы будут взломаны. Если классическому суперкомпьютеру для атаки требовалось бы миллионы лет вычислений, то квантовому достаточно двадцати часов. Если ничего не предпринимать, то это приведет к коллапсу системы передачи информации: объем передаваемой информации ежегодно растет примерно на 30%.

Традиционная криптография для защиты информации использует математические алгоритмы, квантовая базируется на физике. Если информация закодирована в одиночные кванты, то её невозможно незаметно считать. Это дает возможность передавать криптографические ключи. Серьезным ограничением для такой инфраструктуры является необходимость установки промежуточных доверенных узлов из-за ослабления оптического сигнала в волокне, по которому передаются фотоны. Хотя такие системы уже созданы между Москвой и Санкт-Петербургом. В Китае функционирует квантовая сеть протяженностью 4600 км, которой пользуются банки и компании.

Чтобы решить проблему квантовых коммуникаций между разными континентами, китайские ученые с 2016 начали работать со спутником «Мо-цзы». Например, они уже показали квантовую защиту видеоконференции между Пекином и Веной. Команда российских ученых из НИТУ МИСИС, Российского квантового центра (РКЦ), компании «КуСпэйс Технологии» и вместе с коллегами начали работать со спутником Мо-цзы в 2019 году. За прошедшие годы был проведен ряд экспериментов, который позволил реализовать квантовое распределение ключей между двумя точками на расстоянии 3800 км: между наземными станциями в Звенигороде и Наньшане. Российская сторона закодировала изречение философа Мо-Цзы «Разум — это понимание сущности вещей», в ответ китайские коллеги направили определение оператора плотности смешанного квантового состояния, впервые введенное Львом Ландау.

У метода распределения квантовых ключей по оптоволокну есть ограничения: поток частиц света теряет свою энергию, поглощаясь в оптоволокне, и после пары сотен километров сигнал становится настолько слабым, что его невозможно отличить от шума. Стоит отметить, что такой квантовый сигнал невозможно бесшумно усилить в процессе распределения. В этом контексте передача ключей через спутник в открытом космическом пространстве, где нет ничего, что могло бы существенно поглотить или рассеять свет, представляет собой значительное преимущество и позволяет передавать ключи в любую точку земли эффективнее, чем по оптоволокну, — сказал соавтор исследования, младший научный сотрудник РКЦ Александр Хмелев.

Приемная наземная станция в Звенигороде — на декабрь 2023 года единственная в России – была создана российскими учеными на базе телескопа, который находится на территории Звенигородской обсерватории Института астрономии Российской академии наук.

Усилиями большой коллаборации ученых и инженеров создана приемная станция, которая позволяет проводить стабильные сеансы связи со спутником, а также декодировать отправляемые космическим аппаратом поляризационные состояния одиночных фотонов. Спутниковая квантовая криптография открывает принципиально новые возможности по защите данных объектов, находящихся на большом расстоянии, например, между удаленными месторождениями полезных ископаемых или для связи ледоколов, — отметил Алексей Фёдоров, директор Института физики и квантовой инженерии НИТУ МИСИС, руководитель научной группы «Квантовые информационные технологии» РКЦ.

В своем исследовании ученые дополнительно изучили возможные уязвимости, возникающие в квантовых коммуникациях на практическом уровне. В теории квантовая криптография позволяет добиться стойкости защиты, которая гарантируется законами физики. На практике возникают определенные сложности, в частности, устройства для приема одиночных фотонов могут работать по-разному, что открывает возможности для атаки. В проведенном эксперименте эта лазейка была устранена. Исследование поддержано стратегическим проектом НИТУ МИСИС «Квантовый интернет» по программе Минобрнауки России «Приоритет 2030». Полученные результаты позволят в дальнейшем стать ближе к созданию высокоскоростных квантово-защищенных спутниковых систем связи в России.

Ученые МИСИС предложили метод оценки шумов, который повысит защищенность систем квантовой криптографии

Ученые Центра компетенций НТИ «Квантовые коммуникации» НИТУ МИСИС предложили подход к оценке уровней классического и квантового шумов в квантовом генераторе случайных чисел, что должно повысить уровень защищенности устройств квантовой криптографии. Теоретические и экспериментальные методы, описанные в исследовании, позволяют отфильтровывать классические и квантовые шумы, исключая возможность внешнего вмешательства в процесс генерации случайных последовательностей, тем самым повышая надежность квантового генератора случайных чисел. Об этом 20 сентября 2023 года сообщили представители НИТУ МИСИС.

Криптография – это наука о методах шифрования конфиденциальной информации для последующей ее передачи по открытым каналам связи. Шифрование сообщений осуществляется с помощью так называемых криптографических ключей. В случае симметричного шифрования используется один ключ, который предварительно надо распределить между "абонентами". Но наиболее известными являются методы асимметричного шифрования, которые используют два ключа: открытый и закрытый. Закрытый ключ хранится у получателя, а открытый – отправляется по обычному информационному каналу. Для расшифровки сообщений требуется знание обоих ключей.

Квантовый компьютер может взломать большинство криптографических систем, использующих асимметричное шифрование, поэтому ученые активно разрабатывают и внедряют методы квантовой криптографии, в которых используются принципы квантовой механики. Эти системы обеспечивают безопасное распределение секретного ключа между абонентами.

Как правило, квантовый ключ распределяется по оптическому каналу с использованием одиночных фотонов или ослабленных лазерных импульсов. Согласно законам квантовой механики невозможно незаметно перехватить одиночные кванты света, поэтому любая попытка узнать секретный ключ будет обнаружена. После того как ключ распределен между участниками криптографической системы, они могут использовать традиционные методы симметричного шифрования, которые устойчивы к взлому со стороны квантового компьютера.

Важным элементом системы квантового распределения ключей является квантовый генератор случайных чисел. При попытке узнать квантовый ключ злоумышленник может атаковать этот элемент системы. Для повышения защиты устройства ученые Центра компетенций НТИ «Квантовые коммуникации» НИТУ МИСИС представили теоретические и экспериментальные методы оценки случайных изменений фазы в полупроводниковом лазере, который является одним из наиболее распространенных источников квантовой случайности в генераторах случайных чисел.

Мы разработали способ, позволяющий оценить вклады классического и квантового шумов в интерференцию лазерных импульсов при наличии фазовых корреляций. Также мы предложили простой экспериментальный метод, основанный на анализе так называемых "статистических интерференционных полос", который позволяет получить подробную информацию о вероятностных свойствах лазерного излучения, рассказал заведующий лабораторией элементной базы квантовых коммуникаций НИТУ МИСИС Роман Шаховой.

Оказалось, что даже при случайных изменениях фазы (фазовом дрейфе) в оптической схеме интерференция лазерных импульсов (явление, которое происходит, когда две или более волны встречаются друг с другом) все еще сохраняла свои квантовые свойства. Известный писатель-фантаст Сергей Лукьяненко выступит на TAdviser SummIT 28 ноября. Регистрация 5.9 т Данный подход позволяет получить более подробную информацию о вероятностных свойствах лазерных импульсов и тем самым повысить надежность квантовых генераторов случайных чисел и, как следствие, систем квантового распределения ключей. В данный момент ученые исследуют влияние внешней засветки на случайность интерференции для того, чтобы повысить защищенность устройств квантовой криптографии.

В России протестировали новые алгоритмы синхронизации для систем оптической связи с квантовым распределением ключей

Ученые и инженеры АО «Мостком», МТУСИ и КуРэйт объединили усилия по разработке оптимальной концепции системы квантовой связи в атмосфере и космосе, в основе которой заложен модульный подход, что позволяет с минимальными издержками предложить на рынок конкурентное решение для реализации высокоскоростной защищенной связи в атмосфере. Об этом МТУСИ сообщил 1 августа 2023 года. Подробнее здесь.

«Ростелеком» и «Атлас» протестировали технологию квантового распределения ключей на магистральной линии связи TEA NEXT

«Ростелеком» совместно с компанией «Атлас» завершили испытания технологии квантового распределения ключей (КРК) и сопряженных с ними шифраторов на инфраструктуре первой очереди магистральной волоконно-оптической линии связи (ВОЛС) «Новая ТрансЕврАзийская линия связи» (TEA NEXT). Об этом «Ростелеком» сообщил 11 июля 2023 года. Подробнее здесь.

В МТУСИ исследуют воздействие сильных электромагнитных полей на квантовую связь

В МТУСИ исследуют воздействие сильных электромагнитных полей на квантовую связь. Об этом университет сообщил 29 мая 2023 года.

Известно, что квантовая связь является одним из самых перспективных способов защиты информации. Квантовое распределение ключей (КРК) позволяет обеспечить абсолютную надежность и безопасность передачи информации независимо от технических возможностей злоумышленников.

Доказано, что КРК на дискретных переменных позволяет на физическом уровне гарантировать конфиденциальность передаваемого сообщения, поскольку попытка злоумышленника перехватить информацию может быть обнаружена, и в этом случае секретный ключ не передается. Однако уже на май 2023 года существуют квантовые хакеры, которые за счет использования несовершенства реализации аппаратных систем КРК могут незаметно перехватывать сообщения, передаваемые по квантовому каналу. Для исключения такой возможности идет постоянный поиск слабых мест оборудования квантовой связи, а производитель устраняет эти дефекты.

Ранее исследователи из МТУСИ отметили, что атмосферные разряды приводят к искажению информационных сигналов, передаваемых по оптическому кабелю, поэтому происходят дополнительные потери в оптических линиях связи, чем могут воспользоваться злоумышленники (квантовые хакеры).

Например, сильные магнитные и электрические поля, порождаемые разрядом молнии, изменяют поляризацию импульса излучения, распространяющегося по оптическому волокну (эффект Фарадея и эффект Керра). Влияние этих эффектов комплексно исследуется учеными МТУСИ и МЭИ на установке по созданию искусственных молний.

Ученые МТУСИ зафиксировали параметры электромагнитных полей, при которых в экспериментах с искусственными молниями происходят заметные искажения сигналов, передаваемых по оптическому волокну, и смоделировали их в лаборатории кафедры «Метрология, стандартизация и измерения в телекоммуникациях» МТУСИ. После этого сотрудники кафедры «Направляющие телекоммуникационные среды» и НИО «Квантовый центр» исследовали влияние этих электромагнитных полей на оборудование квантового распределение волокна, а точнее на оптический кабель, соединяющий блоки «Алиса» и «Боб», разработанные российской компанией.

В результате проведенных тестов было установлено, что конкретная реализация КРК, применяемая в тестируемом отечественном оборудовании, оказалась устойчива к воздействиям сильного электромагнитного поля несмотря на то, что на другом телекоммуникационном оборудовании фиксировались заметные искажения передаваемых сигналов.

На конец мая 2023 года ученые МТУСИ дорабатывают экспериментальные стенды, чтобы провести более комплексные исследования возможности манипуляциями с передаваемой информацией при воздействии электромагнитных полей на оптическое волокно с целью выявления любых таких попыток и снижения их эффекта на качество и безопасность квантовой связи.

Разработка экспериментальных стендов и методик, которые проводятся в МТУСИ в рамках НИР «Влияние атмосферных разрядов на системы оптических и квантовых телекоммуникаций», позволит в дальнейшем проверять устойчивость работы телекоммуникационного оборудования квантовой связи при воздействии атмосферных разрядов на оптический кабель и возможности выявления манипуляций злоумышленников, которые будут маскировать помехи, обусловленные разрядами молний вблизи оптических трассы.

Правительство попросили о внедрении российских стандартов шифрования

В конце мая 2023 года стало известно о том, что рабочая группа по информационной безопасности предложила правительственной комиссии по цифровому развитию, которая курирует подготовку «Стратегии развития отрасли связи в РФ на 2024–2035 годы», включить в документ требование к 2030 году внедрить в архитектуру абонентских устройств российские стандарты криптографической защиты.

Как пишет «Коммерсантъ» в номере от 29 мая 2023 года, отечественные стандарты криптографии используются в основном в государственных информационных системах, а их широкое внедрение недоступно, потому как российские разработки не представлены в международных стандартах телекоммуникационных протоколов. В предварительном тексте стратегии зафиксирована идея внедрять в потребительские устройства и промышленное оборудование «цифровые SIM-карты» с применением российских стандартов шифрования.

Источник издания на рынке разработки мобильных устройств отмечает, что предложение рабочей группы сформулировано недостаточно конкретно, потому, как только после того, как будет ответ на вопрос «что именно планируется защитить», будет понятно, нужна ли поддержка российской криптографии на аппаратном уровне или же достаточно программного криптопровайдера.

Широкому применению криптографии в России мешает то, что отечественных разработок в отрасли связи по этому направлению нет в международных стандартах телекоммуникационных протоколов, объясняет собеседник «Коммерсанта». По его словам, высокой степени доверенности сетей связи невозможно достичь даже при условии замены иностранного «железа» на отечественное. Он объясняет это тем, что локализуется «только программная составляющая, а не логика работы, заложенная в аппаратной части». При этом импортозамещение в области телеком-оборудования полноценно осуществить нельзя из-за кадрового голода в сферах разработки, исследований и его внедрения, заключает он.^[3]

2022

В России создают Национальный технологический центр по цифровой криптографии

В конце октября 2022 года стало известно о том, что в России создают Национальный технологический центр по цифровой криптографии. Новая компания обеспечит частно-государственное взаимодействие и развитие технологии криптографии. Подробнее здесь.

Идея использовать квантовые объекты для защиты информации от подделки и несанкционированного доступа впервые была высказана Стефаном Вейснером в 1970 г. Спустя 10 лет ученые Беннет и Брассард, которые были знакомы с работой Вейснера, предложили использовать квантовые объекты для передачи секретного ключа. В 1984 г. они опубликовали статью, в которой описывался протокол квантового распространения ключа ВВ84.

Носителями информации в протоколе ВВ84 являются фотоны, поляризованные под углами 0, 45, 90, 135 градусов.

Позднее 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. Здесь используется квантовый принцип неопределенности Гейзенберга, когда две квантовые величины не могут быть измерены одновременно с требуемой точностью. Таким образом, если отправитель и получатель не договорились между собой, какой вид поляризации квантов брать за основу, получатель может разрушить посланный отправителем сигнал, не получив никакой полезной информации. Эти особенности поведения квантовых объектов легли в основу протокола квантового распространения ключа.

Ученые из России, Китая и Таиланда защитили установки квантовой криптографии от атак с вбросом яркого света

Группа ученых Центра компетенций НТИ «Квантовые коммуникации», созданного на базе НИТУ МИСИС, в партнерстве с Российским квантовым центром, а также исследователями из Университета ИТМО, Национального университета оборонных технологий (NUDT) в Китае и Фонда квантовых технологий Таиланда (QTFT) защитила установки квантовой криптографии от атак со вбросом света. Об этом НИТУ МИСиС сообщил TAdviser 10 октября 2022 года.

Квантовая криптография или квантовое распределение ключей (КРК) – метод защиты информации, построенный на использовании фундаментальных законов физики. Перед отправкой зашифрованного сообщения пользователь делится с получателем информации ключом – случайной последовательностью бит, необходимой для дальнейшей расшифровки сообщения. Если ключ передается в виде одиночных частиц света — фотонов, его невозможно взломать или скопировать. Однако атакам мог быть подвержен не ключ, а другой элемент установки — источник одиночных фотонов.

Так, если установка квантового распределения ключей была построена с инженерными ошибками, она становилась уязвимой для атак с использованием света. Хакер мог перехватить биты секретного ключа за счет сверхяркого света, незаметно запущенного в оптоволокно в направлении источника. Такие атаки могли не только заставить блок источника одиночных фотонов работать некорректно, но и привести к утечке из него секретного ключа за счет возникновения побочных каналов в кодировке информации или отражений света.

В ходе эксперимента ученые продемонстрировали возможность защиты от подобных атак при помощи включения в установку дополнительного недорогого компонента – волоконно-оптического циркулятора или изолятора. В этом случае луч света злоумышленника в первую очередь поражает дополнительный компонент, что может вывести его из строя подобно плавкому предохранителю, но это уменьшает мощность лазера, которого в дальнейшем не хватает для поражения основного устройства. Разработанная технология позволит физикам и специалистам по безопасности обеспечить защиту квантового шифрования от несанкционированного вмешательства.

Результатом работы стало создание надежной защиты от данного класса атак, а не просто обнаружение дыры в безопасности, которую не очень понятно, как закрыть. Надеемся, что протестированная нами контрмера будет немедленно применена во всех промышленных системах квантовой криптографии, подчеркнул Вадим Макаров, руководитель лаборатории по исследованию уязвимостей систем квантовой криптографии и разработке методов их сертификации Российского квантового центра и Центра компетенций НТИ «Квантовые коммуникации» НИТУ МИСИС.

Злоумышленник, от которого мы защищаемся, не ограничен в средствах и будет использовать все доступные достижения технологии. Эксперимент по тестированию защиты требовал осторожной работы, так как наш лазер высокой мощности был способен повредить окружающие предметы, добавила Анастасия Поносова, научный сотрудник Российского квантового центра, выполнявшая эксперименты в лаборатории.

Российские исследователи предложили способ измерения послеимпульсов

25 августа 2022 года стало известно о том, что команда исследователей из компании-разработчика электронных устройств на основе квантовых технологий QRate, Московского института электронной техники и Томского государственного университета предложила способ измерения послеимпульсов. Послеимпульс — шумовой параметр, точность измерения которого критична для эффективной работы детектора одиночных фотонов, одного из основных элементов в установках квантовой криптографии. Подробнее здесь.

Индийские военные начинают использовать технологию квантового распределения ключей шифрования

В середине августа 2022 года военные Индии сообщил о взятии на вооружение разработанной местными специалистами технологии квантового распределения ключей (QKD), которая может работать на расстоянии 150 км. Она значительно затрудняет перехват ключей шифрования, передавая каждый бит ключа с помощью одного фотона. Поскольку фотоны являются квантовыми частицами, наблюдение за ними изменяет их состояние. И это изменение может быть обнаружено, а сам сигнал, указывает на то, что ключ мог быть скомпрометирован и поэтому его не стоит использовать. Таким образом, технология может повысить безопасность военных коммуникаций в мирное время или во время конфликтов в Индии. Подробнее здесь.

Российские атомные часы защитили при помощи квантовой криптографии

6 июля 2022 года стало известно о том, что группа ученых из компаний QRate и «Код Безопасности» совместно со специалистами из Всероссийского научно-исследовательского института физико-технических и радиотехнических измерений (ВНИИФТРИ) провела эксперимент по защите информации Государственного первичного эталона единиц времени, частоты и национальной шкалы времени (ГЭТ-1). Им удалось применить квантовую криптографию для усиления информационной безопасности эталона атомного времени. Подробнее здесь.

Процессоры «Байкал» теперь совместимы с постквантовой криптографией. Это усилит защиту от кибератак

Как стало известно 17 июня 2022 года, процессоры «Байкал» совместимы с постквантовой криптографией. Это должно усилить защиту компьютерных систем от кибератак. Подробнее здесь.

Представлен смартфон с квантовым шифрованием, который нельзя взломать

16 мая 2022 года китайская компания China Telecom выпустила свой первый смартфон с модулем квантового шифрования - Tianyi No 1 2022. Устройство разработано совместно со стартапом QuantumCTek. Подробнее здесь.

НАТО начало использовать систему защиты от кибератак с использованием квантовых вычислений

2 марта 2022 года стало известно, что Центр кибербезопасности НАТО (NCSC) сообщил о завершении тестирования защищенных потоков связи, которые могут противостоять злоумышленникам, использующим квантовые вычисления, и теперь начинает полномасштабную эксплуатацию технологии. Подробнее здесь.

2021

Российские ученые испытали беспроводную квантовую криптографию

22 февраля 2022 года компания QRate (КуРэйт) сообщила о том, что совместно с группой исследователей из МТУСИ и «Мостком» провела эксперимент по беспроводной передаче квантового ключа в открытом пространстве на 180 и 3100 метров. Ученым удалось совместить оборудование квантовой защиты информации с технологией лазерной передачи данных и оценить влияние погодных условий на качество их синхронизации. Подробнее здесь.

«ИнфоТеКС» построит в Томске комплекс по производству квантовых криптографических систем

25 ноября 2021 года компания АО «ИнфоТеКС» сообщила TAdviser о том, что созданное в 2021 году на базе ее обособленного подразделения в Томске АО «ПроКванТ», в статусе резидента особой экономической зоны (ОЭЗ) «Томск» планирует построить собственный научно-производственный комплекс. Подробнее здесь.

В МГУ завершен первый этап создания Университетской сети с квантовым шифрованием

25 августа 2021 года компания «ИнфоТеКС» сообщила, что совместно с Центром квантовых технологий физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова завершила первый этап создания Университетской квантовой сети (УКС). Подробнее здесь.

QRate и "Университет Иннополис" защитили беспилотный автомобиль с помощью квантовой криптографии

12 мая 2021 года стало известно о том, что научно-производственная компания QRate и Университет Иннополис реализовали проект защиты систем автономного управления беспилотного автомобиля с помощью технологий квантовых коммуникаций. Подробнее здесь.

Российские ученые обновили мировой рекорд в эффективности систем квантовой криптографии

Совместная группа исследователей из Российского квантового центра, Центра квантовых коммуникаций НТИ МИСиС и научно-производственной компании QRate обновила мировой рекорд в эффективности алгоритмов классической постобработки в системах квантовой криптографии. Об этом QRate сообщила 17 февраля 2021 года. Российские ученые сократили долю ключа, расходуемую на аутентификацию классических данных до 1%, а также предложили алгоритм коррекции ошибок на основе полярных кодов.

Оба этих достижения увеличат эффективность работы существующих систем квантового распределения ключей. Существенную роль в эффективности таких систем играет классическая постобработка – набор процедур, направленный на исправление ошибок в квантовых ключах, а также исключению из него потенциально доступной злоумышленнику информации. Для реализации процедуры постобработки необходим классический аутентифицированный канал связи, поэтому важным параметром также является затраты квантового ключа на аутентификацию.

Улучшение алгоритмов классической постобработки приведет к увеличению скорости генерации ключей и снижению стоимости интеграции оборудования в будущем.

Рынок квантовых технологий пока только формируется. Согласно «дорожной карте» по развитию квантовых коммуникаций, которую курирует ОАО РЖД, до 2024 года в это высокотехнологичное направление в России будет инвестировано 16,7 млрд руб. На февраль 2021 года уже существуют рабочие решения, которые можно встраивать в существующую инфраструктуру. Но их потенциал пока еще не раскрыт в полной мере. Возможности технологии будут расти в процессе ее совершенствования.

Квантовая криптография перспективна, в первую очередь, для защиты каналов связи, по которым передается ценная стратегическая информация. Особенно если речь идет о данных с длительным сроком хранения или переговорах топ-менеджмента. По мере развития цифровизации общества будут появляться дополнительные сценарии применения оборудования для квантового распределения ключей, например защита беспилотного транспорта от массового взлома — говорит Юрий Курочкин, CTO QRate, директор центра компетенций НТИ `Квантовые коммуникации` в МИСиС».

Первое достижение — это алгоритм коррекции ошибок на основе полярных кодов, который более устойчив к внешним проявлениям среды. Таким образом, устройства для квантового распределения ключей смогут работать стабильно не только в идеальных лабораторных условиях, но и в реальных ситуациях, когда параметры окружающей среды могут иметь значительные отклонения из-за воздействия разных факторов. Это особенно важно для индустриальных устройств квантовой криптографии, функционирующих в условиях реальных городских линий связи.

Второе достижение — это сокращение доли ключа, необходимой для аутентификации классических данных, передаваемых в ходе классической постобработки. В системах квантовой криптографии часть ключа, который был распределен ранее, используется для аутентификации классических сообщений в последующих раундах генерации ключей. Чем этот расход меньше, тем эффективнее работает система в целом. В данном протоколе аутентификации доля ключа, затрачиваемая на подтверждение подлинности трафика, значительно уменьшилась и может составлять менее доли процента.

Информационная безопасность — одна из ключевых потребностей общества. При разработке технологий для защиты данных мы должны принимать во внимание не только существующие, но и будущие угрозы. Внедрение квантового распределения ключей позволяет обеспечить принципиально иной уровень защиты, что делает его устойчивым по отношению к будущим атакам. При этом происходит постоянное совершенствование — научные разработки позволяют улучшать продукты и технологии. В данном случае мы предлагаем программные инструменты для оптимизации работы устройств квантового распределения ключей, поэтому они быстро интегрируются в устройства QRate – отмечает Алексей Федоров, руководитель научной группы Российского квантового центра, PhD по физике.

Оба открытия влияют на развитие технологии квантовой криптографии. Увеличение эффективности работы устройств для квантового распределения ключей ускорит массовое внедрение и расширит сферы применения этой технологии в будущем.

МГУ запустил телефонную сеть с квантовым шифрованием

11 января 2021 года Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова (МГУ) объявил о запуске телефонной линии с квантовым шифрованием. Она свяжет между собой 20 абонентских пунктов на территории вуза. Подробнее здесь.

Китайский мобильный оператор внедрил квантовое шифрование звонков

В начале января 2021 года китайская телекоммуникационная компания China Telecom сообщила о запуске пилотной программы, в рамках которой пользователи смартфонов смогут совершать звонки с применением алгоритмов квантового шифрования. Новая услуга от China Telecom доступна в провинции Аньхой, изначально ей смогут воспользоваться только избранные клиенты. Подробнее здесь.

2020

Рынок квантовой криптографии оценен в $93,1 млн

В 2020 году объем рынка квантовой криптографии оценен в $93,1 млн. Об этом в середине февраля 2022 года сообщили в исследовательской компании ResearchAndMarkets. Аналитики заявили, что расходы на такие технологии увеличиваются и продолжат расти.

На фоне кризиса коронавирусной инфекции (COVID-19) мировой рынок квантовой криптографии, оцениваемый в $93,1 млн в 2020 году, по прогнозам достигнет пересмотренного размера в $291,9 млн к 2026 году и будет расти с темпом 20,8% по данным ResearchAndMarkets. Ожидается, что рассматриваемый рынок будет демонстрировать ежегодный рост на уровне 33,7%, а в ряде государств положительная динамика будет еще выше в Китае +36,9%, Японии +41,8% и Индии +50,2%.

Рост мирового рынка будет обусловлен увеличением частоты кибератак, повышенным вниманием к кибербезопасности и развитием сложных беспроводных сетей. Квантовая криптография привлекает все большее внимание в связи с растущей цифровизацией, а также резким увеличением рисков в сфере кибербезопасности и других угроз. Росту рынка способствует большая зависимость организаций и клиентов от компьютерных сетей для транзакций и коммуникации, что приводит к спросу на передовые технологии для защиты конфиденциальных данных. Увеличение финансирования кибербезопасности и широкое использование передовых решений в области безопасности способствуют росту рынка, ожидается, что растущее проникновение IoT и облачных технологий создаст новые возможности для роста. Кроме того, росту рынка способствует все большее внедрение технологий беспроводных сетей следующего поколения.

Острая необходимость защиты сети от различных уязвимостей побуждает все большее число отраслей, таких как оборона, правительство, здравоохранение, автомобильная промышленность и розничная торговля, использовать решения квантовой криптографии.

Рынок квантовой криптографии в США оценивается в $40,6 млн в 2021 году. На февраль 2022 года на долю США приходится 37,5% мирового рынка. Китай, вторая по величине экономика мира, по прогнозам, достигнет объема рынка в $40,6 млн. Среди других заслуживающих внимания географических рынков в которых прогнозируется рост следует отметить Японию 19,5% и Канаду 21,5%. В Европе, по прогнозам, Германия будет расти примерно на 21,1% в годовом исчислении, а рынок остальной Европы достигнет $23 млн. Северная Америка будет доминировать на мировом рынке и занимать ведущую долю доходов благодаря обширной клиентской базе, увеличению числа кибератак и росту инвестиций в научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы. Ожидается, что на рынке Азиатско-Тихоокеанского региона поставщики услуг и решений в области квантовой криптографии будут прилагать все больше усилий для сотрудничества с клиентами, чтобы увеличить общий объем продаж и присутствие на рынке.^[4]

IBM внедрила в свои сервисы защиту от кибератак при помощи квантовых компьютеров

В конце ноября 2020 года IBM внедрила в свои сервисы защиту от квантовых кибератак. Компания представила возможности «квантовой криптографии» для трех сервисов в IBM Cloud: Red Hat OpenShift, Cloud Kubernetes Service и Key Protect. По словам компании, клиенты, использующие эти сервисы, теперь смогут защищать данные с помощью алгоритма шифрования, который будет иметь больше шансов противостоять атакам квантовых компьютеров в будущем. Подробнее здесь.

В ИТМО предложили модификацию системы квантового шифрования с компактным детектором

14 июля 2020 года стало известно о том, что ученые ИТМО предложили модификацию системы квантового шифрования с компактным детектором. Подробнее здесь.

Создан защищенный квантовый канал связи длинной 1120 км

16 июня 2020 года стало известно о том, что создан защищенный квантовый канал связи длинной 1120 км. На июнь 2020 года скорость передачи данных составляет всего один байт информации в полторы минуты.

Как сообщалось, команда исследователей из Китая, Сингапура и Великобритании смогла с помощью спутника «Мо-Цзы» объединить города Наньшань и Дэлинха квантовой линией связи, защищенной от взлома.

Нам удалось осуществить квантовый обмен ключами между двумя наземными станциями на расстоянии 1120 км. Мы повысили эффективность передачи запутанных фотонов примерно в четыре раза и достигли скорости в 0,12 бит в секунду. пояснили эксперты

Некоторые проблемы современных систем квантовой связи связаны с тем, что свет при движении через оптоволокно постепенно ослабевает, и в связи с этим расстояние между узлами квантовых сетей на июнь 2020 года составляет несколько сотен километров.

Данную проблему исследователи пытаются решить двумя способами: с помощью так называемых повторителей квантовых сигналов, которые могут считывать поступающие в них квантовые сигналы, усиливать их и отправлять адресату, не нарушая целостности данных, или путем повышения дальности передачи квантовой информации через спутники связи.

Орбитальный зонд «Мо-Цзы» был запущен еще в сентябре 2016 года и был использован для первых «межконтинентальных» сессий передачи квантовой информации, но количества передаваемых фотонов не хватало для полноценного шифрования. Спутник остается в «поле зрения» наземных станций слишком короткий период времени, а за это время необходимо успеть передать полный ключ для шифрования данных, отправляемых по наземным линиям. Этого можно добиться двумя путями – повысить эффективность уже существующей системы обнаружения запутанных фотонов, или же сделать их источник более мощным.

Ученые выбрали первый способ и повысили чувствительность наземных телескопов, играющих роль приемников космических квантовых сигналов, а также разработали оптические и механические компоненты для более точной наводки на «Мо-Цзы». С помощью телескопов физики создали постоянный канал связи, передающий полноценный ключ для шифрования данных в рамках короткой сессии связи со спутником, которая длится не более 285 секунд.

На июнь 2020 года скорость передачи данных составляет один байт информации в полторы минуты. Как отметили специалисты отправка квантовых ключей может быть ускорена в сотни раз, если повысить мощность передатчика на борту спутника^[5].

Ученые разрабатывают протокол связи, который добавляет искусственный шум к исходным данным

16 июня 2020 года стало известно, что исследователи из Базельского университета и Федерального института технологий Цюриха работают над созданием протокола связи, гарантирующего полную конфиденциальность. Протокол добавляет искусственный шум к исходным данным, предоставляя защиту от злоумышленников.

Для борьбы с киберпреступниками, у которых есть квантовые компьютеры, специалисты разрабатывают методы шифрования, основанные на принципах квантовой механики. Протокол может быть реализован экспериментально и гарантирует безопасность в случаях, когда устройства, используемые для связи, являются так называемыми «черными ящиками». Квантовые компьютеры встроены в черные ящики, куда не проникают свет или звук, поскольку это необходимо для устранения декогеренции и вызова суперпозиции в кубитах.

Некоторые теоретические предложения для протоколов связи с черными ящиками существовали и ранее, однако они не могли быть реализованы экспериментально, поскольку используемые устройства должны были быть очень эффективными в обнаружении информации о ключе шифрования. Если информационные блоки остаются необнаруженными, невозможно узнать, были ли они похищены третьей стороной.

Разрабатываемый протокол призван решить данную проблему, «разбавляя информацию шумом». Добавление искусственного шума к информации о криптографическом ключе не позволит получить достаточно информации и подвергнуть риску атак безопасность протокола. Кроме того, исследователи смогли снизить требования к устройствам, используемым для высокоэффективного обнаружения информации^[6].

Ученые нашли способ повысить безопасность квантовой криптографии

6 апреля 2020 года стало известно о том, что ученые консорциума Центра компетенций НТИ «Квантовые коммуникации» разработали способ повысить уровень защищенности квантовой криптографии. Благодаря особому алгоритму проверки, выделяются и удаляются посторонние «шумы», которые могут повлиять на процесс работы генератора случайных чисел. Это на 100% исключает возможность внешнего воздействия на процесс шифрования. Статья о разработке опубликована в журнале Optics Express.

Как сообщалось, за каждым процессом отправки и получения информации в современном мире стоит криптография – система шифрования данных, обеспечивающая их безопасность. Наиболее часто встречается так называемое асимметричное шифрование, в котором используются не один секретный ключ, а два: открытый и закрытый. Закрытый (секретный) ключ хранится только у одного из участников криптографической системы, который хочет получить зашифрованное сообщение. Для этого он отправляет по обычному (незасекреченному) информационному каналу открытый ключ, который используется для того, чтобы зашифровать сообщение. Чтобы расшифровать сообщение недостаточно иметь только открытый ключ – нужно знать еще и закрытый ключ.

Эта ситуация аналогична тому, как если бы человек, желая получить секретное послание, раздавал всем желающим небольшие замки, но не давал бы никому ключи к этим замкам. Каждый, кто захотел бы поделиться с ним своим секретом, мог бы положить секретное послание в шкатулку и запереть ее этим замком. Очевидно, что теперь никто, кроме него, не сможет открыть шкатулку и прочитать секретное сообщение, даже если шкатулка попадет в руки злоумышленника.

Система асимметричного шифрования, опирается на недоказанное математическое утверждение о невозможности за полиномиальное время разложить целое число на простые сомножители. Поэтому считается, что мощности современного компьютера не хватит для взлома такой системы, однако такие возможности могут в ближайшем будущем появиться у квантового компьютера. Это ставит под сомнение безопасность классических методов криптографии в приближающуюся эпоху квантового превосходства.

В противовес возможным технологиям квантового взлома учеными активно разрабатываются и внедряются методы квантовой криптографии – шифрования, основанного не на компьютерных алгоритмах, а на законах квантовой механики. Системы квантовой криптографии решают задачу безопасного распределения секретного ключа между участниками криптографической системы. Секретный ключ передается по оптическому каналу с помощью одиночных фотонов. Согласно законам квантовой механики, злоумышленник не сможет незаметно перехватить отдельные фотоны, так что при любой его попытке узнать секретный ключ, система будет сигнализировать об опасности. Помимо источника и детектора одиночных фотонов, важным элементом системы квантовой криптографии является так называемый квантовый генератор случайных чисел. Поскольку, перехватить одиночные фотоны злоумышленник не может, то он может попытаться провести атаку именно на этот элемент системы. Ученые консорциума Центра компетенций НТИ «Квантовые коммуникации» (НИТУ «МИСиС», компания QRate и Российский квантовый центр) разработали способ повысить уровень защищенности систем квантовой криптографии при помощи особого алгоритма, позволяющего обнаруживать атаки именно на квантовый генератор случайных чисел.

Для генерации случайных битовых последовательностей ученые предложили использовать шумы, возникающие в полупроводниковом лазере и связанные со спонтанным излучением. Поскольку спонтанное излучение обусловлено так называемыми нулевыми колебаниями электромагнитного поля, то можно утверждать, что такие шумы в лазере имеют чисто квантовую природу, а поэтому их принципиально невозможно научиться предсказывать и, что самое главное, они оказываются невосприимчивы к любым попыткам «подчинить» их внешнему контролю. Однако, поскольку непосредственно использовать эти шумы без обычных (классических) измерительных приборов нельзя, то квантовые шумы оказываются «загрязнены» классическими шумами, которые злоумышленник потенциально может использовать для того, чтобы скомпрометировать случайные биты, получаемые с помощью этих шумов.

Ученые из компании QRate и НИТУ «МИСиС» разработали протокол, который позволяет «на лету» оценивать вклад классических шумов и определять таким образом уровень потенциальной угрозы. Более того, предложенный ими протокол позволяет преобразовывать выходную случайную битовую последовательность в «истинно квантовую» без использования сложных алгоритмов постобработки, таких как хэширование, которые обычно применяются для этих целей.

По словам разработчиков, их алгоритм уже можно применять в существующих и проектируемых квантовых генераторах случайных чисел для установок квантовой криптографии.

2019

Представлена криптография, которую не могут взломать квантовые компьютеры

В конце декабря 2019 года исследователи из Университета науки и технологий им. Короля Абдаллы (Саудовская Аравия) и Университета Сент-Эндрюса (Шотландия) представили новую невзламываемую систему безопасности. Они создали оптический микрочип, который позволяет пересылать информацию от пользователя к пользователю через единовременный канал связи. По словам создателей, такую криптографию неспособны взломать даже квантовые компьютеры.

Современные криптографические методы позволяют быстро обмениваться данными, но квантовые алгоритмы однажды позволят с легкостью их взломать. Создатели микрочипа утверждают, что их способ криптографии взломать невозможно, причем он занимает меньше места в сети, чем традиционные коммуникации. Предлагаемая система использует ключи, созданные оптическим чипом, которые не хранятся и не передаются вместе с сообщением. В результате их невозможно воссоздать или перехватить.

Новая технология абсолютно невзламываема, как мы и продемонстрировали в статье. Ее можно применять для защиты конфиденциальной коммуникации пользователей, разделенных любым расстоянием, на скорости, близкой к световой, и с использованием недорогих оптических чипов, совместимых с электроникой, — пояснил глава исследования, профессор Андреа ди Фалько (Andrea di Falco) из школы физики и астрономии в университете Сент-Эндрюс.

По мнению разработчиков, их технология открывают совершенно новую методику криптографии, обеспечивающую «идеальную секретность» в глобальном масштабе с минимальными затратами.

Внедрение массовых и доступных методик глобальной безопасности -— всемирная задача, а мы предлагаем изящное решение. Если эта схема будет реализована по всему миру, криптохакерам придется искать другую работу, — отмечают авторы исследования.[7]

Тестирование квантового шифрования на ВОЛС протяженностью 143 километра

25 сентября 2019 года стало известно, что Казанский квантовый центр Казанского национального исследовательского технического университета имени А. Н. Туполева — КАИ (ККЦ КНИТУ-КАИ), «Ростелеком» и «Таттелеком» успешно обеспечили обмен квантовыми ключами шифрования на волоконно-оптической линии связи (ВОЛС) протяженностью 143 километра. Это — рекорд для действующих коммерческих сетей связи. Ранее, в 2018 году, «Ростелеком» тестировал подобную технологию на ВОЛС протяженностью 58 километров.

В Татарстане тестовая ВОЛС соединила лабораторию Практической квантовой криптографии ККЦ КНИТУ-КАИ с узлом связи «Ростелекома» в Апастово. В тестировании были задействованы магистральные сети двух независимых операторов связи — «Ростелекома» и «Таттелекома», что важно для практического внедрения квантовых коммуникаций.

Одна из технических задач — это обеспечение передачи квантовых ключей на длительные расстояния в волоконно-оптических линиях. Испытываемый прототип комплекса передачи и приема данных с гибридной квантово-классической защитой, разработан в КНИТУ-КАИ и поддерживает передачу квантовых ключей на большие расстояния. Он включает систему квантового распределения ключей на боковых частотах, криптомаршрутизатор и детектор одиночных фотонов производства российской компании «СКОНТЕЛ». В качестве исходной системы квантовой рассылки ключа использовалась разработка Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики (Университет ИТМО).

При тестировании работы криптомаршрутизатора были организованы сеансы видеоконференции между двумя узлами связи на расстоянии 143 километра с оптическими потерями в канале 37 дБ. Для обмена ключами шифрования использовался поток одиночных фотонов, в квантовые состояния которых записывалась классическая информация. Квантовая рассылка ключей проходила при частоте смены фазы модуляции 100 МГц со средним количеством фотонов 0,2 на один такт модуляции. Среднее значение скорости генерации квантовых ключей в канале позволяло менять 256-битный ключ шифрования до двух раз в минуту.

Эксперты считают, что квантовые коммуникации обеспечивают наивысшую из существующих на сентябрь 2019 года степень защиты передачи данных по ВОЛС. Технология основана на использовании фундаментальных законов квантовой физики, которые невозможно обойти. Для обмена ключами шифрования в технологии используются одиночные фотоны, состояния которых безвозвратно меняются, как только кто-то попытается их «прочитать». Любая попытка перехвата будет тут же обнаружена и предотвращена^[8].

«Ростелеком» организовал в России опытную сеть передачи данных с квантовым шифрованием

5 июня 2019 года «Ростелеком» представил опытную сеть передачи данных с квантовым шифрованием. Она впервые использует оборудование и решения разных производителей с организацией их корректного взаимодействия на всем пути передачи данных. Также впервые в стране такая сеть имеет несколько узлов с технической возможностью подключения множества пользователей, независимо от места расположения их офисов и используемого криптографического оборудования с КРК (технология квантового распределения ключей).

Опытная сеть в Петербурге включает узлы в лаборатории «Ростелекома» на Синопской набережной, в инжиниринговом центре «СэйфНэт» на Аптекарском проспекте, а также в музее связи на Почтамтском переулке. Все они связаны между собою высокоскоростными волоконно-оптическими линиями передачи данных «Ростелекома». Для организации защиты передачи информации с использованием КРК задействовано только отечественное оборудование и решения — Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики (Университет ИТМО), «Российского квантового центра», Т8, «С-Терра». Представленная в Санкт-Петербурге многоузловая сеть за 1 секунду вырабатывает более 2000 бит секретной ключевой информации.

«Ростелеком» уже около года занимается углубленным тестированием оборудования и решений отечественных вендоров в области квантовых коммуникаций. Мы в целом довольным результатами, они доказывают, что на существующей инфраструктуре «Ростелекома» использование КРК технически доступно. Теперь мы переходим на принципиально новый уровень испытаний, когда создается многоузловая сеть с оборудованием различных вендоров. На такой сети нам важно протестировать и показать потенциальным клиентам прототипы коммерческих сервисов, например, организацию защиты магистральных каналов передачи данных или виртуальных частных сетей (VPN) с помощью КРК. На созданной в Санкт-Петербурге сети как раз будут обкатываться будущие коммерческие сервисы, — рассказал вице-президент по стратегическим инициативам «Ростелекома» Борис Глазков.

«Ростелеком» ожидает в ближайшие два года запуск первых коммерческих сервисов с использованием технологии квантового распределения ключей (КРК) — она гарантирует наивысшую степень защиты передачи данных, поскольку основана на фундаментальных законах физики. Об этом заявил президент компании Михаил Осеевский.

Эксперты считают, что квантовые коммуникации обеспечивают наивысшую из существующих на июнь 2019 года степень защиты передачи данных. Технология основана на использовании фундаментальных законов квантовой физики, которые невозможно обойти. Для обмена ключами шифрования в технологии используются одиночные фотоны, состояния которых безвозвратно меняются, как только кто-то попытается их «прочитать». Любая попытка перехвата будет тут же обнаружена и предотвращена.

Испытания системы для квантовой защиты передачи данных на ВОЛС «Ростелекома»

29 января 2019 года «Ростелеком» сообщил, что успешно провел второй этап испытаний отечественных оборудования и решений для организации квантовой защиты передачи данных на действующей волоконно-оптической линии связи (ВОЛС). Участниками тестирования стали Российский квантовый центр (РКЦ), компании QRate и «С-Терра СиЭсПи». Подробнее здесь.

2017

В России представлен квантовый телефон ViPNet

13 декабря 2017 года компания ИнфоТеКС сообщила о представлении «Квантового телефона ViPNet» – системы, демонстрирующей интеграцию аппаратуры квантового распределения ключей.

Продукт разработан в лаборатории квантовых оптических технологий физфака МГУ, и VPN ViPNet (на примере двух продуктов – ViPNet Client и ViPNet Connector). Квантовый телефон ViPNet позволяет соединять рабочие станции с установленным ПО ViPNet и шифровать трафик между ними с использованием квантового распределения ключей. Квантовое распределение ключей позволяет обеспечить высокий уровень безопасности при передаче данных по недоверенным (публичным) каналам связи, помогает устранить угрозу вычисления ключей защиты на квантовых компьютерах.

Технологию квантового 4D-кодирования впервые испытали в городских условиях

Как стало известно 30 августа 2017 года, исследователи из университета Оттавы успешно провели первые реальные испытания технологии квантового 4D-кодирования, передав зашифрованные сообщения между двумя станциями, расположенными на крышах высотных зданий, расстояние между которыми составляло 300 метров.^[9]

Технология

Традиционные технологии квантовых коммуникаций, уже используемые в некоторых местах для создания "невзламываемых" квантовых сетей, используют стандартную двоичную систему счисления, кодируя в одном фотоне один бит передаваемой информации. Некоторое время назад была изобретена технология так называемого многомерного квантового кодирования, которая позволяет удвоить объем информации, заключенной в одном фотоне света. Это, в свою очередь, позволяет каждому фотону нести одно из четырех значений — 00, 01, 10 и 11, вследствие чего технология получила название квантового 4D-кодирования. Помимо того, технологию отличает более высокий уровень защищенности от попыток преднамеренного вмешательства и большая устойчивость к влиянию посторонних факторов окружающей среды.

Эксперимент

Тест проводился на дистанции в 300 метров. В ходе эксперимента осуществлялась передача информации между двумя базовыми станциями, установленными на крышах зданий, которые предварительно были помещены внутрь деревянных коробок, защищающих их от непогоды. В таких условиях уровень ошибок при передаче данных составил 11%, что гораздо ниже уровня, требующегося для организации безопасного квантового коммуникационного канала. С учетом повторов и избыточной информации для коррекции ошибок, система смогла передать в 1,6 раза больше информации, чем система с обычным двухмерным квантовым кодированием, работающая в идеальных условиях.

Наш эксперимент стал первой в мире передачей данных, проведенной при помощи технологии многомерного квантового кодирования в реальных городских условиях, включая непогоду, — рассказал Эбрахим Карими (Ebrahim Karimi), ведущий исследователь. — Продемонстрированная нами безопасная квантовая коммуникационная система, работающая на открытом воздухе, способна обеспечить связь со спутниками на орбите и местами на поверхности Земли, куда нецелесообразно прокладывать оптическое волокно. Кроме этого, такая система может служить для организации безопасной связи с движущимися объектами, такими как самолеты и суда.

Планы

Ученые планируют провести испытания системы квантового 4D-кодирования на дистанции в 3 километра, после чего рассчитывают увеличить дистанцию до 5,6 километров с использованием промежуточных станций и системы адаптивной оптики, предназначенной для компенсации искажений, вносимых атмосферой. В более долгосрочной перспективе исследователи планируют добавить большее количество "измерений кодирования", что, в свою очередь, позволит еще больше увеличить объем информации, упакованной в один фотон.

С точки зрения технологий квантовых коммуникаций окружающий мир является весьма "шумным" местом, заполненным препятствиями, движущимся воздухом и пронизанным электромагнитными сигналами. Как результат, передача сигнала в "шумной" городской среде на расстояние в 3 километра эквивалентна передаче такого же сигнала на спутник с базовой станции, расположенной в тихом изолированном месте, подчеркнули исследователи.

Китай первым протестировал квантовое шифрование для передачи данных со спутника

10 августа 2017 г стало известно о том, что китайские ученые первыми в мире смогли успешно передать данные с применением технологии квантового шифрования. Пакет информации был отправлен со спутника «Мо-Цзы» на наблюдательные станции Синлун (провинция Хэбэй) и Наньшань (Синьцзян-Уйгурский автономный район). Расстояние между спутником и наземными станциями составляло от 645 до 1200 км в разные моменты передачи пакета данных, рассказал в интервью агентству «Синьхуа» академик китайской академии наук Пан Цзянвэй (Pan Jianwei).^[10]

По его словам, технология квантового шифрования позволила достичь скорости передачи данных на «на 20 порядков выше», чем если бы для этой цели применялось оптоволокно, проложенное из космоса. При этом Пан Цзянвэй подчеркнул, что для генерации и передачи на Землю 300 Кбит зашифрованной информации у китайских ученых было только одно 10-минутное окно, в рамках которого спутник пролетал над территорией страны.

Технология квантового шифрования решает несколько вопросов безопасности. Например, абсолютно безопасного телефонного разговора, который никто не сможет прослушать, или передачи банковских данных, которые никто не сможет перехватить. При попытке взлома квантового канала связи, все передаваемые по нему данные будут просто уничтожены, — заявил Пан Цзянвэй.

Спутник квантовой связи «Мо-Цзы» был запущен в августе 2016 года. Период обращения спутника вокруг земли составляет 90 минут, вес — 631 кг. Аппарат предназначен для проведения ряда научных экспериментов, включая тестирование квантового распределения ключа между выведенным на орбиту аппаратом и наземными комплексами, исследование механизма квантовой запутанности, а также тестирование квантовой телепортации между спутником и станцией в Тибете. Предполагалось, что исследования займут около двух лет.^[11]

Изначально планировалось передавать данные на пять станций в Китае и Австрии. К концу 2017 года еще два наземных объекта будут подготовлены к приёму данных с «Мо-Цзы» — в Германии и Италии.

Ранее эксперименты с квантовым шифрованием проводились только на Земле: в Европе, США и Китае. Для передачи ключей использовалось оптоволокно, но по мере продвижения сигнал ослабевал. Размещение источника сигнала в космосе решило эту проблему, поскольку основную часть пути фотоны проходят в вакууме.

По мнению ученых, квантовое шифрование позволит Китаю уже к 2030 году создать невзламываемую сеть, которая сможет обеспечить полную конфиденциальность и будет отличаться устойчивостью к любым атакам. Считывать информацию с подобных каналов данных злоумышленникам помешает принцип неопределенности Гейзенберга, один из основополагающих принципов квантовой механики, согласно которому следствием любого внешнего вмешательства в квантовую систему будет её необратимое изменение.

Создание защищенной сети в Китае

В июле 2017 года стало известно о том, что Китай строит "невзламываемую" коммуникационную сеть, в основе которой будет лежать принцип квантовой криптографии. Проект уже запущен в городе Цзинань. Как утверждает местная пресса, это исторический момент. Ранее "квантовый" канал связи был организован между двумя крупнейшими городами Китая. ^[12]

К 25 июля 2017 года в цзинаньской сети насчитывается 200 абонентов — представители военных, правительственных организаций, а также финансового и энергетического сектора. Они смогут общаться, не опасаясь прослушки.

Квантовая криптография — метод защиты коммуникаций, основанный на принципах квантовой физики. В отличие от традиционной криптографии, которая использует математические методы, чтобы обеспечить секретность информации, квантовая криптография сосредоточена на физике, рассматривая случаи, когда информация переносится с помощью объектов квантовой механики - при помощи электронов в электрическом токе, или, как в случае с проектом в Цзинане, фотонов в линиях волоконно-оптической связи.

Ключевой особенностью такой системы является то, что любую атаку, любые попытки подслушивать будут немедленно обнаружены.

Технология квантовой криптографии опирается на принципиальную неопределенность поведения квантовой системы. Принцип неопределенности Гейзенберга гласит: невозможно одновременно получить координаты и импульс частицы, невозможно измерить один параметр фотона, не исказив другой. Иными словами, попытка измерения взаимосвязанных параметров в квантовой системе вносит в нее нарушения, разрушая исходные сигналы, - это означает возможность немедленного выявления перехватчика в канале связи.

Традиционная (математическая) криптография предусматривает, что попытки взломать ключи шифрования — это очень сложная математическая проблема; для ее решения требуются обширные вычислительные ресурсы.

Однако, чем дальше, тем мощнее становятся компьютеры, и тем длиннее должны становиться ключи шифрования. Вдобавок на подходе квантовые компьютеры, чья вычислительная мощность будет находиться на принципиально более высоком уровне, нежели у современной техники. Традиционная криптография может оказаться слишком слабой перед ними.

Перехват ключей в квантовой криптографии в принципе возможен, но, по вышеописанным причинам, злоумышленник не сможет не выдать себя.

Что характерно, Китай оказался впереди планеты всей в вопросе квантовой криптографии. Создание инфраструктуры для ее практической реализации - дело крайне затратное, и ни европейский, ни американский бизнес не спешили вкладываться в нее.

Европа просто опоздала на поезд, — цитирует BBC профессора Венского университета Антона Цайлингера, специалиста по квантовой физике.

По его словам, он еще в 2004 году призывал ЕС активнее вкладываться в "квантовые" проекты, но безрезультатно.

В США и Европе сейчас уже существуют квантовые коммуникационные сети, но все они находятся в статусе исследовательских, а не коммерческих проектов. Китай продвинулся несколько дальше основных конкурентов, но до коммерциализации соответствующих проектов и технологий еще далеко и ему.

До коммерческого распространения квантовой криптографии еще очень далеко, — считает Георгий Лагода, генеральный директор компании SEC Consult Services. — Но очевидно, что рано или поздно этот день наступит, и готовится к этому следовало бы уже сейчас. Китай оказывается впереди всех, а значит, если не случится массовых и очень крупных инвестиций в эту область, мы все через некоторое время будем использовать почти исключительно китайские разработки.

Это уже не первый "квантовый" проект Китая. В 2016 году в стране был запущен спутник, с помощью которого тестировалась программа обеспечения квантовых коммуникаций на больших расстояниях в условиях, когда прокладка кабелей невозможна. Кроме того, "квантовый" канал связи был организован между крупнейшими городами КНР - Пекином и Шанхаем.

Высокоскоростной квантовый шифратор МГУ

На базе технологии, созданной в рамках проекта Фонда перспективных исследований, будет создан высокопроизводительный шифратор с квантовым каналом распределения криптографических ключей для быстрой и абсолютно безопасной передачи информации по оптоволоконным линиям связи.

Физический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова и ОАО «ИнфоТеКС» разработают высокопроизводительный шифратор с квантовым каналом распределения (обновления) криптографических ключей. Использовать оборудование можно будет в распределенных центрах обработки данных, при осуществлении межбанковских транзакций, в локальных и распределенных сетях обмена конфиденциальной информацией и в других сферах и процессах, требующих высокой степени безопасности при передаче больших объемов данных. Создание этого уникального оборудования будет основано на технологиях квантовых коммуникаций, разработанных в рамках реализации проекта Фонда перспективных исследований в 2014-2017 гг.

Подробнее смотрите - Высокоскоростной квантовый шифратор МГУ

Грант Минобрнауки России на создание системы управления ЦОДами с линиями связи, защищенными квантовым шифрованием

Минобрнауки России выделило трехлетний грант в размере 160 млн руб. ($2,7 млн по курсу на 16.03.2017 года) на создание системы управления распределенными ЦОДами, в которой линии связи будут защищены квантовым шифрованием. Среди разработчиков определены такие ИТ-компании, как самарская «СМАРТ», петербургская «Би Питрон (Bee Pitron)» и специалисты университета ИТМО (Санкт-Петербург). Проект будет создан к 2020 году. В мире подобные системы используются в Швейцарии, Китае и Америке. В России аналогов не существует.

Начал работу первый в мире невзламываемый спутник с квантовым шифрованием

Китайские СМИ сообщили в начале года о начале эксплуатации первого в мире квантового спутника «Мо-цзы», запущенного на орбиту в августе 2016 г^[13].

Как ожидается, 631-килограммовый спутник «Мо-цзы» (Micius), названный в честь китайского философа-легиста, будет находиться на орбите на расстоянии 500 км от земной поверхности в течение не менее двух лет.

По информации агентства «Синьхуа», установлена устойчивая связь для передачи данных между завершившим тесты спутником «Мо-цзы» и экспериментальной платформой для квантовой телепортации на станции Али в Тибете.

Несмотря на «фантастическое» название платформы для квантовой телепортации, она не имеет отношение к телепортации, описываемой в беллетристике.

На оборудовании «Мо-цзы» реализуется канал связи на основе пар так называемых запутанных фотонов — субатомных частиц, свойства которых зависят друг от друга. Ученые рассчитывают передавать один из фотонов со спутника в исследовательские центры в Китае и Австрии.

2016: Т8 и РКЦ начали создание системы защищенной квантовой связи

Компании «T8 НТЦ» и Российский квантовый центр (обе – резиденты IT-кластера Фонда «Сколково») объявили летом 2016 года о начале совместной работы над защищенной системой связи на основе технологии квантовой криптографии, которую можно будет использовать в рамках существующей телекоммуникационной инфраструктуры. Документ о сотрудничестве подписали генеральный директор РКЦ Юнусов Руслан Рауфович и руководитель «Т8» Владимир Трещиков. Подробнее: РКЦ Система защищенной квантовой связи

2015

Acronis внедряет квантовое шифрование

30 сентября 2015 года компания Acronis сообщила о планах внедрить технологии квантового шифрования в свои продукты для защиты данных. Поможет ей в этом швейцарская ID Quantique, инвестором которой является созданный Сергеем Белоусовым фонд QWave Capital^[14].

Компания Acronis займется разработкой технологий квантовой криптографии. Вендор планирует оснастить ими свои продукты и считает, что это обеспечит более высокий уровень безопасности и конфиденциальности. Acronis рассчитывает стать первой на рынке компанией, внедрившей подобные методы защиты.

Партнером Acronis по разработке квантовой криптографии станет швейцарская компания ID Quantique, с которой вендор заключил соглашение. ID Quantique — компания, связанная с генеральным директором Acronis Сергеем Белоусовым - он основатель фонда QWave Capital, одного из инвесторов ID Quantique.

Одна из технологий, которую Acronis планирует внедрить в свои решения - квантовое распределение ключа. Ключ шифрования передается по оптоволоконному каналу посредством одиночных фотонов. Попытка перехвата или измерения определенных параметров физических объектов, которые в этом случае являются носителями информации, неизбежно искажает другие параметры. В результате, отправитель и получатель обнаруживают попытку получения неавторизованного доступа к информации. Также планируется применить квантовые генераторы случайных чисел и шифрование, устойчивое к квантовым алгоритмам.

Технологии ID Quantique ориентированы на защиту информации в государственном секторе и коммерческих компаниях.

«Квантовые вычисления требуют нового подхода к защите данных, — заявил Сергей Белоусов. — Мы в Acronis убеждены, что конфиденциальность является одной из важнейших составляющих при комплексной защите данных в облаке. Сегодня мы работаем с такими ведущими компаниями, как ID Quantique, чтобы пользователи наших облачных продуктов получали самые безопасные решения в отрасли и были защищены от будущих угроз и атак».

В компании Acronis выражают уверенность - квантовое шифрование поможет избавить заказчиков (полагающих, что провайдер сможет прочесть их данные) от страха отправки данных в облако.

Эксперимент Toshiba

23 июня 2015 года компания Toshiba сообщила о начале подготовки к выводу на рынок не взламываемой системы шифрования^[15].

По мнению разработчиков новой технологии, лучший способ защитить информацию в сети – использовать одноразовые ключи для дешифрования. Проблема в безопасной передаче самого ключа.

Квантовая криптография для этого использует законы физики, в отличие от привычных методов, основанных на математических алгоритмах. Ключ в системе, созданной Toshiba, передается в форме фотонов, сгенерированных лазером - световые частицы доставляются по специальному оптоволоконному кабелю, не подключенному к интернету. Природа фотонов такова, что любые попытки перехвата данных изменяют эти данные и это немедленно детектируется, а поскольку одноразовый ключ должен иметь размер, идентичный зашифрованным данным, исключается повторное применение одного и того же шаблона, что делает декодирование без правильного ключа невозможным.

Toshiba начала исследования в сфере технологий квантовой криптографии в 2003 году. Свою первую систему компания представила в октябре 2013 года, а в 2014 году в компании добились стабильной передачи квантовых ключей по стандартному оптоволокну в течение 34 дней.

При всех своих принципиальных достоинствах этому методу свойственны значительные базовые ограничения: вследствие затухания светового сигнала, передача фотонов (без репитера) возможна на расстояние не более 100 км. Фотоны чувствительны к вибрации и высоким температурам, это также осложняет их передачу на большие расстояния. А для внедрения технологии требуется оборудование, где один сервер стоит около $81 тыс.

По состоянию на 24 июня 2015 года Toshiba не отказывается от планов запуска долгосрочного тестирования системы для верификации метода. В ходе тестирования, оно начнется 31 августа 2015 года, зашифрованные результаты анализа генома, полученные в Toshiba Life Science Analysis Center, будут передаваться в Tohoku Medical Megabank (при университете Tohoku), на расстояние примерно 7 км. Программа рассчитана на два года, до августа 2017 года. В ходе исследования будут контролироваться стабильность скорости передачи при длительной работе системы, влияние условий окружающей среды, включая погоду, температура и состояние оптического соединения.

Если эксперимент завершится успешно, коммерческое использование технологии станет возможно через несколько лет. К 2020 году компания предполагает начать предоставление услуг государственным организациям и крупным предприятиям. С удешевлением технологии, сервис придет и к частным пользователям.

1989: Американские эксперименты

Еще сравнительно недавно метод квантового распространения ключа воспринимался как научная фантастика. Но в 1989 г. в Уотсоновском исследовательском центре IBM группой ученых под руководством Чарльза Беннета и Джила Брасарда была построена первая система экспериментально-практической реализации протокола ВВ84. Эта система позволила двум пользователям обмениваться секретным ключом со скоростью передачи данных 10 бит/с на расстоянии 30 см.

Позже идея получила развитие в Национальной лаборатории Лос-Аламоса в эксперименте по распространению ключа по оптоволоконному кабелю на расстояние 48 км. При передаче сигнала в воздушной среде расстояние составило 1 км. Разработан план эксперимента по передаче квантового сигнала на спутник. Если этот эксперимент увенчается успехом, можно надеяться, что технология вскоре станет широко доступной.

Квантово-криптографические исследования развиваются быстрыми темпами. В ближайшем будущем методы защиты информации на основе квантовой информации будут использоваться в первую очередь в сверхсекретных военных и коммерческих приложениях.

Перспективы развития

Квантовая криптография еще не вышла на уровень практического использования, но приблизилась к нему. В мире существует несколько организаций, где ведутся активные исследования в области квантовой криптографии. Среди них IBM, GAP-Optique, Mitsubishi, Toshiba, Национальная лаборатория в Лос-Аламосе, Калифорнийский технологический институт (Caltech), а также молодая компания MagiQ и холдинг QinetiQ, поддерживаемый британским министерством обороны. Диапазон участников охватывает как крупнейшие мировые институты, так и небольшие начинающие компании, что позволяет говорить о начальном периоде в формировании рыночного сегмента, когда в нем на равных могут участвовать и те, и другие.

Конечно же, квантовое направление криптографической защиты информации очень перспективно, так как квантовые законы позволяют вывести методы защиты информации на качественно новый уровень. На сегодняшний день уже существует опыт по созданию и апробированию компьютерной сети, защищенной квантово-криптографичекими методами – единственной в мире сети, которую невозможно взломать.

Квантовая криптография для мобильных устройств

Кван­то­вая крип­то­гра­фия — чрез­вы­чай­но на­деж­ный в тео­рии метод за­щи­ты ка­на­лов связи от под­слу­ши­ва­ния, од­на­ко на прак­ти­ке ре­а­ли­зо­вать его пока до­воль­но труд­но. На обоих кон­цах ка­на­ла долж­на быть уста­нов­ле­на слож­ная ап­па­ра­ту­ра — ис­точ­ни­ки оди­ноч­ных фо­то­нов, сред­ства управ­ле­ния по­ля­ри­за­ци­ей фо­то­нов и чув­стви­тель­ные де­тек­то­ры. При этом для из­ме­ре­ния угла по­ля­ри­за­ции фо­то­нов необ­хо­ди­мо точно знать, как ори­ен­ти­ро­ва­но обо­ру­до­ва­ние на обоих кон­цах ка­на­ла. Из-за этого кван­то­вая крип­то­гра­фия не под­хо­дит для мо­биль­ных устройств.^[2]

Уче­ные из Бри­столь­ско­го уни­вер­си­те­та пред­ло­жи­ли схему, при ко­то­рой слож­ное обо­ру­до­ва­ние необ­хо­ди­мо толь­ко од­но­му участ­ни­ку пе­ре­го­во­ров. Вто­рой лишь мо­ди­фи­ци­ру­ет со­сто­я­ние фо­то­нов, ко­ди­руя этим ин­фор­ма­цию, и от­прав­ля­ет их об­рат­но. Ап­па­ра­ту­ру для этого можно раз­ме­стить в кар­ман­ном устрой­стве. Ав­то­ры пред­ла­га­ют и ре­ше­ние про­бле­мы ори­ен­та­ции обо­ру­до­ва­ния. Из­ме­ре­ния про­из­во­дят­ся в слу­чай­ных на­прав­ле­ни­ях. Спи­сок на­прав­ле­ний может быть опуб­ли­ко­ван от­кры­то, но при рас­шиф­ров­ке будут учи­ты­вать­ся толь­ко сов­па­да­ю­щие на­прав­ле­ния. Ав­то­ры на­зы­ва­ют метод «неза­ви­си­мым от си­сте­мы от­сче­та кван­то­вым рас­пре­де­ле­ни­ем клю­чей»: rfiQKD.

Постквантовая криптография

Основная статья: Постквантовая криптография

Смотрите также

• Каталог ИБ - Средства шифрования систем и проектов
• Квантовые компьютеры и квантовая связь
• Российский квантовый центр (РКЦ, Russian Quantum Center, RQC)

Литература

• Charles H. Bennett, Francois Bessette, Gilles Brassard, Louis Salvail, and John Smolin, "Experimental Quantum Cryptography", J. of Cryptography 5, 1992, An excellent description of
• A.K. Ekert, " Quantum Cryptography Based on Bell's Theorem", Phys. Rev. lett. 67, 661 (1991).
• Toby Howard, Quantum Cryptography, 1997, www.cs.man.ac.uk/aig/staff/toby /writing/PCW/qcrypt.htm
• C.H. Bennet, " Quantum Cryptography Using Any Two Non-Orthogonal States", Phys. Rev. lett. 68, 3121 (1992).
• А. Корольков, Квантовая криптография, или как свет формирует ключи шифрования. Компьютер в школе, № 7, 1999
• В. Красавин, Квантовая криптография