Новый алгоритм повышает безопасность квантовой криптографии

В наступающую эру квантовых компьютеров первостепенным становится вопрос безопасности передачи данных. В настоящее время система шифрования данных считается абсолютно безопасной. Но уже в ближайшем будущем все может измениться, и ученые ищут варианты сделать квантовую криптографию еще более безопасной.

Самый распространенный метод шифрования данных — асимметричный. Он подразумевает использование двух ключей — открытого и закрытого. Закрытый ключ хранится только у одного участника криптографической системы — получателя зашифрованного сообщения. Для получения сообщения он отправляет по обычному каналу открытый ключ для зашифровки сообщения. А для его расшифровки требуется еще и закрытый ключ, которого больше ни у кого нет.

Сейчас считается, что для взлома асимметричной системы недостаточно мощности ни одного из существующих компьютеров. Но в ближайшем будущем квантовые компьютеры уже будут обладать нужной мощностью. Поэтому ученые активно работают над технологиями квантовой криптографии, которые основаны на законах квантовой физики.

Задача новых методов — безопасно распределять секретные ключи, которые передаются по оптическому каналу при помощи отдельных фотонов между участниками системы. Одиночные фотоны, по законам квантовой физики, невозможно перехватить незаметно, и система просигнализирует при любой попытке взлома.

Высока вероятность, что злоумышленники нацелятся на квантовый генератор случайных чисел — важный элемент криптографической системы.

Квантовая криптография безопасна, пока не появились более мощные компьютеры. Новый протокол позволяет защитить генератор случайных чисел — важную часть квантовой системы

Ученые-участники Центра компетенций НТИ «Квантовые коммуникации», в число которых вошли сотрудники НИТУ «МИСиС» и Российского Квантового Центра, создали еще более защищенный алгоритм квантовой криптографии, который способен детектировать атаки на генератор случайных чисел. Эта разработка опубликована в издании Optics Express.

Чтобы сгенерировать случайные битовые последовательности, разработчики использовали шумы, которые появляются из-за спонтанного излучения в полупроводниковом лазере. Этими шумами невозможно управлять и нельзя их предсказывать, т.к. у них чисто квантовая природа возникновения — спонтанное излучение возникает из-за нулевых колебаний электромагнитного поля. Но также эти шумы невозможно использовать без классических измерительных приборов, поэтому квантовые шумы смешиваются с классическими — именно в таком виде их могут использовать злоумышленники, чтобы перехватить случайные биты, получаемые с их помощью.

Разработчики создали алгоритм, благодаря которому сходу можно оценить количество классических шумов и выяснить уровень возможной угрозы. Кроме того, предложенный алгоритм позволяет получить «истинно квантовую» последовательность из выходной случайной битовой последовательности без усложненных протоколов постобработки наподобие хэширования.

Уже сейчас предложенный протокол можно использовать в квантовых генераторах случайных чисел.