Российские ученые разработали шифр для скоростной передачи данных

Ученые из Российского квантового центра и Математического института им. В.А. Стеклова РАН вместе с коллегами из Сингапура разработали новый метод коррекции ошибок для систем квантовой криптографии. С помощью этой разработки можно увеличить скорость генерации шифровальных ключей, а вместе с этим и скорость передачи зашифрованных данных. 

Квантовая криптография основана на процессе передачи и приема квантовых состояний для получения двух идентичных строк случайных битов (ключей), которые известны лишь двум легитимным пользователям. Но искажение квантового сигнала ведет к рассогласованию битов ключей, то есть появлению ошибки. Как правило, в реальных системах квантовой криптографии ошибки появляются даже при отсутствии перехватчика — из-за помех в квантовом канале и несовершенства существующих однофотонных детекторов. Таким образом, после передачи квантовых состояний необходимо исправить ошибки, а затем провести усиление секретности. Важным требованием к протоколу исправления ошибок является минимизация информации, которая объявляется по этому каналу, поскольку он может прослушиваться. 

В настоящее время существует протокол исправления ошибок «Каскад», который состоит из нескольких раундов. Это эффективный протокол, который может исправить ошибки с большой вероятностью. Но у протокола есть недостаток: большое число раундов коммуникации между легитимными сторонами, что снижает скорость создания секретного ключа.

Поэтому российские и сингапурские ученые разработали новый метод, который использует коды с малой плотностью проверок на четность, известные в теории кодов, исправляющих ошибки. В этом методе одна из сторон (назовем ее условно Алиса) единовременно пересылает специальную строку битов (так называемый синдром), который содержит частичную информацию о ключе. Данная информация при благоприятных обстоятельствах позволяет другой стороне (Бобу) сразу произвести исправление всех ошибок. Если это не удается, то запускаются следующие раунды коммуникации, в которых Алиса пересылает Бобу дополнительные биты информации о своем ключе, чтобы Боб смог исправить ошибки с помощью ранее полученного синдрома. В данном методе, получившем название «слепого согласования», для исправления ошибок требуется значительно меньше коммуникационных раундов, чем в «Каскаде», что повышает скорость создания секретного ключа.

Испытание новой технологии шифрования, Фото Российского квантового центра

По словам руководителя проекта Алексея Федорова, улучшение алгоритма исправления ошибок на 10% с точки зрения эффективности и на 30% с точки зрения количества раундов коммуникаций – очень значимое достижение в сфере, которая сейчас уже подходит к пределам своих возможностей.

Как сообщает пресс-служба Российского квантового центра, проверка нового метода исправления ошибок в квантовой криптографии, проведенная в Москве, доказала эффективность нового метода.