Ученые МГУ устранили важную уязвимость в квантовой защите данных

Ученые МГУ представили протокол квантового шифрования, который невозможно взломать через «ослепление» детекторов. Рассказываем, где такая защита будет особенно важна.

Результаты работы поддержаны фондом развития теоретической физики и математики «БАЗИС» и опубликованы в журнале APL Quantum.

Источник: МГУ

Ученые из Московского государственного университета им. Ломоносова и компании «СФБ Лаб» представили новый протокол квантового распределения ключей (КРК) типа «точка — точка», который надежно защищает квантовую связь от атак навязывания — одной из главных угроз для квантовой криптографии. В отличие от традиционных систем, где безопасность часто нарушается из-за неидеальности оборудования, новая методика использует бесконечное число базисов для кодирования данных.

КРК позволяет создавать ключи шифрования, защищенные законами квантовой физики: попытка перехвата меняет состояние фотонов, что сразу дает знать общающимся по «квантовой сети» пользователям (Алисе и Бобу) о взломе. Но на практике детекторы одиночных фотонов, которые используются такими системами, уязвимы. Злоумышленник (Ева) может «ослепить» их мощным светом, и тогда они перестают чувствовать отдельные фотоны. Это позволяет Еве подменять сигналы: если базис Евы совпадает с базисом Боба, импульс регистрируется как 0 или 1, а при несовпадении — игнорируется. Так Ева незаметно может получить ключ шифрования данных.

Базисы в квантовом распределении ключей — это своего рода разные системы координат для измерения квантовых состояний фотонов.

Источник: Наука Mail

Новый протокол решает проблему кардинально. Вместо 2-3 фиксированных базисов он использует непрерывный набор для кодирования состояний фотонов. Это приведет к сложностям при попытке нарушителя навязать свое состояние.

Специально для Науки Mail автор разработки, аспирант кафедры квантовой электроники физического факультета МГУ Иван Сущев пояснил: «В настоящий момент существует множество квантово-криптографических протоколов, но большинство из них обеспечивает секретность вырабатываемых ключей в условиях идеальной практической реализации системы, что в реальности недостижимо». 

Ученый также добавил, что часть протоколов позволяет обеспечить безопасность даже при использовании несовершенной измерительной аппаратуры.

Такой подход, однако, приводит к ряду технических проблем, делая систему сложной и дорогостоящий. В моей работе предложен новый протокол, позволяющий решить данную проблему дешевле и проще, не жертвуя при этом криптографической стойкостью.

Иван Сущев

Практические преимущества такого подхода следующие:

• защита от атак навязывания работает даже при погрешностях оборудования до 1 градуса;
• не нужно переделывать существующую аппаратуру для стандартных систем КРК;
• скорость генерации ключей не уступает классическим протоколам;
• это решение идеально для космической связи, так как вращение спутников автоматически «встраивается» в рандомизацию базисов, экономя ресурсы для калибровки.

Технология особенно актуальна для магистральных каналов и орбитальных систем, где нужна недорогая, масштабируемая и устойчивая к атакам защита. Доказанная стойкость протокола открывает путь к новому поколению квантовых сетей.