Abszolút védelem, hogy egy ilyen kvantum kommunikációs és hogyan működnek, Technopark

Mi kvantum kriptográfia és miért van rá szükség?

A fő gondolata Kvantumkriptográfia - továbbítja az információt, hogy lehetetlen volt, hogy elfogják. Emellett lehetővé kell tenni, mert nem a titkosítási algoritmusok túl bonyolult, és nem annak a ténynek köszönhető, hogy a támadó nem rendelkezik elegendő teljesítménye. Építünk egy adatátviteli rendszert úgy, hogy megszegi a fizika törvényei.

Ha sikerül néhány rendszer, amely potenciálisan megtörni a támadó, meg kell osztani adatait megbízható módon. Lehet például kapcsolatos döntéseket pénzügyi, kereskedelmi titok, közfeladatok, és így tovább. Kvantum kriptográfia, kvantum kommunikációs és kvantum kommunikációs oldja meg a problémát, hogy a lehallgatott információk Korlátozott tiltja a természet maga. A jeleket a kommunikációs vonalak nem a klasszikus formában, és használata egyetlen foton fluxus. A foton nem osztható vagy mérni, másolja vagy csendben távolítsa el. Ez az egyértelműen elromlik, és nem éri el a fogadó.

A fő kérdés az, hogy hogyan kell csinálni hatékonyan, mert nem használja a tökéletes rendszer, és a fizikai kapcsolatok - egy optikai szál vagy egy nyitott tér. Úton a címzett egy foton hatással lehet egy csomó tényező, amely képes elpusztítani. Mivel mi beszélünk a gyakorlati alkalmazás, mi érdekli az adatátviteli sebességet tesz lehetővé az ilyen rendszerek és a maximális távolság, amelyen tudjuk továbbadni a csomópontokat. Ezek a legfontosabb dolog a különböző megközelítések, ötletek és elvek az építési rendszerek Kvantumkriptográfia: hatékonyságát az adatátviteli csatorna sávszélesség és számának csökkentése repeater, és ami a legfontosabb - a legmagasabb szintű biztonsági és védelmi csatornát. Középpontjában a kvantum kriptográfia az a gondolat, hogy egy támadó megkísérelheti, hogy semmit, használja az eszközök és berendezések - akkor is, ha a technika az újonnan érkezettek, de hogy elfogják az adatokat nem kellene. És az alapelv már „vannak tekerve” technikai megoldásokat.

Hogy milyen fizikai elvek alapján kvantum kommunikáció?

Több olyan rendszer ezen elvek végrehajtására, különböző megközelítéseket, amelyek a képességek, hogy növelje a sebességet és hatótávolságot az üzenetküldés. Kvantumkriptográfia rendszerek már régóta elő a kereskedelmi cégek. De az egyetem szakértői IFMO javasolta egy új elv, amely egyébként fogalmazta a kvantum állapot „elkészítésének módját” a foton, mint egy sugárzás részét, annak érdekében, hogy jobban ellenáll a külső hatásoknak, a kommunikációs rendszer nem igényel további eszközöket szervező fenntartható átadása és nem végezte explicit korlátozások sebesség modulációs jelet a küldő és a címzett. Hozzuk kvantum jelek az úgynevezett oldalsó frekvenciák jelentősen fokozza a képességét, hogy értékelje, és távolítsa el a nyilvánvaló korlátai távolság rejlő rendszereket már elfogadott.

Ahhoz, hogy megértsük a különbséget a módszer, hadd mégis indul a klasszikus rendszerek munka elveket.

Általában az emberek, hogy építsenek egy kvantum kommunikációs rendszer, létrehoz egy gyenge pulzus, megegyező vagy ahhoz közeli energiáját egy foton, és küldje el egy kommunikációs kapcsolaton keresztül. Kódolni kvantum információ lökésszerűen, moduláció az hajtjuk végre - változtassa meg a polarizációs vagy fázis állapotban. Ha beszélünk száloptikás vonalak, és használják a fázisállapotai hatékonyabb, mert a megőrzése és továbbítja a polarizáció nem tudják.

Általában foton fázis - szlengszót hogy jött a kísérletezők terén a kvantumfizika. Foton - egy részecske, nincs fázisban, de ez része egy hullám. A fázis a hullám - olyan jellemző, amely mutatja, néhány elhangolódásával állapotban területén az elektromágneses hullám. Ha elképzelni, hogy egy szinuszhullám a koordinátarendszerben, megváltoztatja a pozícióját a származási megfelelnek az egyes államokban a fázisban.

Egyszerű szavakkal, amikor egy személy sétál, lépésről - ez a folyamat ismétlődik egy kört, ő is van egy időszak, mint egy hullám. Ha két ember lépésben - fázisában a mérkőzés, ha nem tud lépést tartani - a különböző fázisban államokban. Ha abból indulunk ki, hogy mozog a közepén a többi lépés, a lépések vannak ellentétes fázisban.

Kódolni kvantum információ lökésszerűen, egy moduláló eszköz, amely áthelyezi a hullám, és mérni a műszak, adjuk hozzá ez a hullám az azonos és hogy mi történik. Ha a hullámok ki fázisban, a két érték átfedik egymást, és kioltják egymást, a kimeneti megkapjuk nulla. Ha kitalálta, a szinusz adunk területén növekszik, és a kapott jelet kap magas. Ez az úgynevezett konstruktív interferenciát a sugárzás, ez lehet szemléltetni ugyanazon emberi lépéseket.

Az elején a múlt század Petersburg egyiptomi híd összeomlott, amikor bevonult egy szakasz katona. Ha csak hogy az összeg az összes lépést annak érdekében, hogy elpusztítsa a híd, az energia nem elég. De amikor a következő lépéseket bejutni a ritmust, interferencia lép fel, a terhelés megnő, és a híd nem tud állni. Tehát most a katonák, ha mennek át a hídon, azt a parancsot adta, hogy le a pályát - nem megy fel.

Tehát, ha a feltételezések fázis kiegyenlített és a jelet nőtt, majd a foton fázisban mérhető pontosan. A hagyományos kommunikációs rendszerek használata elosztott kvantum interferométer, és meghatározza a kvantum információ a helyzet a hullám fáziseltolódás. Azt a gyakorlatban nehéz - link lehet melegíteni, majd lehűtjük, jelen lehet vibráció, mindez megváltozik a továbbítás minőségét. hullám fázis kezd eltolódni magát, és nem tudjuk, hogy a küldő, mert „modulált”, függetlenül attól, hogy a zaj.

És a különbség a használatát oldalsáv frekvenciák?

Elvünk, hogy küldjön egy linket egy speciális tartományban. Ezt össze lehet hasonlítani a zene - a spektrum a zene számos frekvencia és mindegyik a hangot. Itt nagyjából ugyanaz: veszünk egy lézert impulzusokat generál csak az egyik jelentése, kihagyva impulzus révén elektro-optikai modulátor fázis. A modulátor a jel egy másik frekvencián, lényegesen alacsonyabb, így nincs kódolás végezzük alap szinuszhullám, és a kiegészítő paraméterek szinuszgörbe - annak gyakorisága fáziseltolódások, a fázishelyzet. Mi továbbítja kvantum információ elhangolódásával további frekvenciákat a pulzus spektrum tekintetében a frekvenciát.

Maga a titkosítás lesz sokkal megbízhatóbbak, mivel a spektrumot átvitt kommunikációs vonalak egyetlen impulzus, és ha az átviteli közeg bevezet néhány változás az egész megy impulzus teljesen. Azt is hozzá több, mint egy frekvencia, hanem több, és egy patak egyetlen foton tudjuk támogatni, például öt csatornán. Ennek eredményeként nem kell interferométer kifejezetten - ez „varrt fel” egy impulzus, hogy nincs szükség a hiba kompenzációs rendszerek vonal, nincsenek korlátozások a sebességet és hatótávolságot adatátvitel és hatékony felhasználása kommunikációs vonalak - nem 4%, mint ahogy az a klasszikus megközelítéseket, és legfeljebb 40%.

Ez az elv jött a vezető kutató Központjának az információs és optikai technológiák ITMO University Yuri Mazurenko. Most a kódolási kvantum információkat az oldalsó frekvenciákat is fejlesztenek két kutatócsoport Franciaországban és Spanyolországban, de a legtöbb kibővített formában és teljes rendszer bevezetése hazánkban.

Mivel az elmélet gyakorlati megvalósítását?

Mindezek kvantum bölcsesség szükséges kialakulhatna egy titkos kulcsot - véletlenszerű sorrendben, amit keverni, hogy az adatok a végén, lehetetlen volt, hogy elfogják. A működési elve a rendszer biztonságos átviteli egyenértékű VPN-útválasztó, mi megnyitva az interneten keresztül egy külső LAN, úgy, hogy nincs tele. Mi meg a két eszköz, amelyek mindegyike egy portot, hogy csatlakozik a számítógéphez, és a port, amely „úgy néz ki”, hogy a külvilág felé. A feladó úgy az adatokat a beviteli eszköz a titkosítja és biztonságosan továbbítja keresztül a külvilág, a másik fél megkapja a jelet, dekódolja és továbbítja a címzettnek.

Tegyük fel, hogy egy ilyen eszköz vásárol a bank, akkor telepítve van a szerver szobába, és használják a kapcsolót. Értsék meg a működését a bank nem szükséges - csak tudja, hogy mivel az alapjait a kvantumfizika kapott ilyen fokú biztonság és a bizalom, hogy a vonal, ami egy nagyságrenddel nagyobb, mint a klasszikus információs átviteli média.

Amint ez megtörténik titkosítás?

A készülék egy véletlenszám-generátor (fizikai és nem ál-véletlenszám-generátor), és minden eszköz meghatározza a kvantum állapotát fotonok véletlenszerűen. A kvantum-kommunikációs feladó az úgynevezett „Alice”, és a címzett - „Bob” (A és B). Tegyük fel, Alice és Bob válasszon egy kvantum állapotban megfelelő 0, a fázis a optikai sugárzás egybeesett esztergált magas jelszint detektorral és Bob fotonok terhelést. Ha Aliz választott 0, 1 és Bob, és a különböző fázisdetektor nem működik. Ezután a fogadó oldal azt mondja, amikor a fázisok egybeesnek, például az első, ötödik, tizenötödik száz ötvenötödik fogaskerekek, más esetekben voltak akár különböző fázisok, vagy fotonokat nem érte el. A kulcs hagyunk csak mi kiegyenlített. Aliz és Bob tudják, hogy egybeesett áttétel 1, 5, 15 és 155, de ugyanakkor, hogy telt el - 0 vagy 1 - csak ők tudják, és senki más.

Tegyük fel, hogy mi lesz a pop egy érmét, és a harmadik személy azt mondja estünk sorban oldalán, vagy sem. Én már a farka, azt mondták, hogy az érmék egyezik, és én tudom, hogy is volt a farka. Azonban a kvantum kriptográfia, de egy feltétellel: a harmadik fél nem tudja pontosan, mi estek - fej vagy írás, de tudjuk azt. Alice és Bob is felhalmozó véletlenszerű, de azonos bit előírja azokat az üzenetet, és hogy a tökéletes titkosító: teljesen véletlenszerű sorrendben, plusz egy értelmes üzenetet is teljesen véletlenszerű sorrendben.

Miért betolakodó nem kapcsolja feltörni a rendszert?

Egy foton, nem lehet osztani. Ha kivesszük a vonal, Bob kap semmit, foton érzékelő nem működik, a küldő és a címzett csak nem használja ezt a kicsit a kulcsot. Igen, a támadó elfoghatja a fotonok, de a kicsit, hogy titkosítva van, nem használják az átviteli, hogy használhatatlan. Másolás a foton szintén nem lehetséges - mérhető minden esetben lebontja, akkor is, ha a foton intézkedéseket a jogszerű felhasználó.

Számos felhasználási módjai ezeket a rendszereket. Annak érdekében, hogy tökéletes védelmet kulcs hosszát meg kell egyeznie az üzenet hossza apránként. De még lehet őket használni, hogy jelentősen javítsa a minőségi klasszikus titkosítást. Ha van egy keveréke a klasszikus és kvantum bites titkosítással, a titkosítás erőssége exponenciálisan növekszik, sokkal gyorsabban, mint ha egyszerűen csak növeli a bitek száma a legfontosabb.

Tegyük fel, hogy a bank biztosítja az ügyfél a kártyát hozzáférni az online ügyfélszolgálat, a kulcs kifejezést a kártya élettartama - év (úgy gondoljuk, hogy ez idő alatt a legfontosabb sérül). Kvantumkriptográfia rendszer lehetővé teszi a menet, hogy megváltoztassa a titkosítási kulcsot - százszor egy második, ezerszer másodpercenként.

Mindkét mód lehetséges, ha kell átadni a rendkívül bizalmas adatokat. Ebben az esetben, akkor kódolni egy apránként. Ha azt akarjuk, hogy jelentősen növelje a védettség, de ne a nagy átviteli sebesség, akkor keverjük össze a klasszikus és kvantum kulcs, és kap mindkét ellátás - nagy sebesség és nagy védelmet. Konkrét azonos adatátviteli sebesség függ a körülményektől, titkosító kód mód.

Interjút Aleksandr Pushkash,
Szerkesztői hírek ITMO Egyetem