«Посадив» один лазерный луч внутрь другого, исследователи из Кембриджского университета и Toshiba Research Europe продемонстрировали, что можно распространять ключи шифрования со скоростью от двух до шести порядков выше, чем предыдущие попытки реального доступа. мировая система квантовой криптографии. Результаты опубликованы в журнале Nature Photonics.Шифрование — жизненно важная часть современной жизни, позволяющая безопасно обмениваться конфиденциальной информацией.
В традиционной криптографии отправитель и получатель определенной части информации заранее определяют код или ключ шифрования, так что только те, у кого есть ключ, могут расшифровать информацию. Но по мере того, как компьютеры становятся быстрее и мощнее, взламывать коды шифрования становится все проще.Квантовая криптография обещает «нерушимую» безопасность, скрывая информацию в частицах света или фотонах, излучаемых лазерами.
В этой форме криптографии квантовая механика используется для случайной генерации ключа. Отправитель, которого обычно называют Алисой, отправляет ключ с помощью поляризованных фотонов, которые отправляются в разных направлениях. Приемник, обычно обозначаемый как Боб, использует детекторы фотонов для измерения того, в каком направлении поляризованы фотоны, а детекторы переводят фотоны в биты, которые, если предположить, что Боб использовал правильные детекторы фотонов в правильном порядке, даст ему ключ.
Сила квантовой криптографии заключается в том, что если злоумышленник пытается перехватить сообщение Алисы и Боба, сам ключ изменяется из-за свойств квантовой механики. С тех пор как она была впервые предложена в 1980-х годах, квантовая криптография обещала возможность непревзойденной безопасности. «Теоретически злоумышленник мог бы обладать всеми возможными возможностями в соответствии с законами физики, но он все равно не смог бы взломать код», — сказал первый автор статьи Люсьен Командар, аспирант Кембриджского инженерного факультета и Кембриджская исследовательская лаборатория Toshiba.
Однако проблемы с квантовой криптографией возникают при попытке построить пригодную для использования систему. На самом деле, это игра вперед и назад: изобретательные атаки, нацеленные на различные компоненты системы, постоянно разрабатываются, и в ответ постоянно разрабатываются меры противодействия атакам.Компоненты, которые наиболее часто атакуются хакерами, — это детекторы фотонов из-за их высокой чувствительности и сложной конструкции — как правило, наиболее уязвимыми являются наиболее сложные компоненты.
В ответ на атаки на детекторы исследователи разработали новый протокол квантовой криптографии, известный как независимое от измерительных устройств квантовое распределение ключей (MDI-QKD).В этом методе вместо того, чтобы иметь детектор, Алиса и Боб отправляют свои фотоны в центральный узел, называемый Чарли. Чарли пропускает фотоны через светоделитель и измеряет их. Результаты могут раскрыть корреляцию между битами, но не раскрыть их значения, которые остаются в секрете.
В этой настройке, даже если Чарли попытается обмануть, информация останется в безопасности.MDI-QKD был экспериментально продемонстрирован, но скорость, с которой может быть отправлена информация, слишком низка для реального применения, в основном из-за сложности создания неотличимых частиц от разных лазеров. Чтобы он работал, лазерные импульсы, посылаемые через светоделитель Чарли, должны быть (относительно) длинными, ограничивая скорость до нескольких сотен бит в секунду (бит / с) или меньше.
В методе, разработанном кембриджскими исследователями, эта проблема решена за счет использования технологии, известной как импульсная лазерная засевка, при которой один лазерный луч вводит фотоны в другой. Это делает лазерные импульсы более заметными для Чарли за счет уменьшения «временного джиттера» в импульсах, так что можно использовать гораздо более короткие импульсы.
Импульсная лазерная затравка также может произвольно изменять фазу лазерного луча с очень высокой скоростью. Результат использования этого метода в установке MDI-QKD обеспечит скорость до 1 мегабита в секунду, что на два-шесть порядков больше, чем в предыдущих попытках.
«Этот протокол обеспечивает максимально возможную степень безопасности при очень высоких тактовых частотах», — сказал Командар. «Это может указать путь к практической реализации квантовой криптографии».