Квантовата физика предлага напълно нов начин за защита на информацията. Защо е необходимо, невъзможно ли е сега да се постави защитен канал за комуникация? Разбира се можете да. Но квантовите компютри вече са създадени и в момента, в който станат повсеместни, съвременните алгоритми за криптиране ще бъдат безполезни, тъй като тези мощни компютри ще могат да ги разбият за части от секундата. Квантовата комуникация ви позволява да криптирате информация с помощта на фотони - елементарни частици.
Такива компютри, след като са получили достъп до квантовия канал, по един или друг начин ще променят реалното състояние на фотоните. И опитите за получаване на информация ще я развалят. Скоростта на предаване на информация, разбира се, е по-ниска, отколкото при други съществуващи в момента канали, например при телефонни комуникации. Но квантовата комуникация осигурява много по-високо ниво на секретност. Това, разбира се, е много голям плюс. Особено в днешния свят, където киберпрестъпността се увеличава всеки ден.
Квантова комуникация за манекени
След като гълъбовата поща беше изместена от телеграфа, телеграфът беше изместен от радиото. Разбира се, днес тя не е изчезнала, но се появиха други съвременни технологии. Само преди десет години интернет не беше толкова разпространен, колкото днес, и беше доста трудно да се получи достъп до него - трябваше да ходиш в интернет клубове, да си купуваш много скъпи карти и т.н. Днес ние не живеем час без интернет и с нетърпение очакваме 5G.
Но следващият нов комуникационен стандарт няма да реши проблемите, пред които са изправени сега организацията на обмен на данни чрез интернет, получаване на данни от спътници от населени места на други планети и т.н. Всички тези данни трябва да бъдат сигурно защитени. И това може да се организира с помощта на така нареченото квантово заплитане.
Какво е квантова връзка? За "манекени" това явление се обяснява като връзка на различни квантови характеристики. Запазва се дори когато частиците са разделени една от друга на голямо разстояние. Криптиран и предаден с помощта на квантово заплитане, ключът няма да предостави никаква ценна информация на кракерите, които се опитват да го прихванат. Всичко, което ще получат, са други числа, тъй като състоянието на системата, с външна намеса, ще бъде променено.
Но не беше възможно да се създаде световна система за предаване на данни, защото след няколко десетки километра сигналът избледня. Сателитът, изстрелян през 2016 г., ще помогне за прилагането на схема за прехвърляне на квантов ключ на разстояния над 7000 км.
Първи успешни опити за използване на новата връзка
Първият протокол за квантова криптография е получен през 1984 г.г. Днес тази технология се използва успешно в банковия сектор. Известни компании предлагат създадени от тях криптосистеми.
Квантовата комуникационна линия се осъществява по стандартен оптичен кабел. В Русия беше положен първият защитен канал между клоновете на Газпромбанк в Нови Черемушки и на Коровия вал. Общата дължина е 30,6 км, възникват грешки при предаване на ключ, но процентът им е минимален - само 5%.
Китай изстрелва квантов комуникационен сателит
Първият в света такъв сателит беше изстрелян в Китай. Ракетата Long March-2D беше изстреляна на 16 август 2016 г. от площадката за изстрелване Jiu Quan. Сателит с тегло 600 кг ще лети в продължение на 2 години в слънчева синхронна орбита на височина 310 мили (или 500 км) като част от програмата "Квантови експерименти в космически мащаб". Периодът на оборот на устройството около Земята е час и половина.
Квантовият комуникационен спътник се нарича Мициус, или "Мо-Цу", на името на философ, живял през 5-ти век след Христа. и, както обикновено се смята, първият, който провежда оптични експерименти. Учените ще проучат механизма на квантовото заплитане и ще проведат квантова телепортация между сателит и лаборатория в Тибет.
Последният предава квантовото състояние на частицата на определено разстояние. За осъществяване на този процес е необходима двойка заплетени (с други думи, свързани) частици, разположени на разстояние една от друга. Според квантовата физика те са в състояние да улавят информация за състоянието на партньора, дори когато са далеч един от друг. Тоест можете да предоставитевъздействие върху частица, която се намира в дълбокия космос, засягайки нейния партньор, който е наблизо, в лабораторията.
Спътникът ще създаде два заплетени фотона и ще ги изпрати на Земята. Ако опитът е успешен, това ще бележи началото на нова ера. Десетки такива спътници биха могли не само да осигурят повсеместното разпространение на квантовия интернет, но и квантовите комуникации в космоса за бъдещи селища на Марс и Луната.
Защо имаме нужда от такива сателити
Но защо изобщо се нуждаете от квантов комуникационен сателит? Не са ли достатъчни конвенционалните спътници, които вече съществуват? Факт е, че тези спътници няма да заменят обичайните. Принципът на квантовата комуникация е да кодира и защитава съществуващите конвенционални канали за предаване на данни. С негова помощ, например, вече беше осигурена сигурност по време на парламентарните избори през 2007 г. в Швейцария.
The Battelle Memorial Institute, изследователска организация с нестопанска цел, обменя информация между глави в САЩ (Охайо) и Ирландия (Дъблин), използвайки квантово заплитане. Принципът му се основава на поведението на фотоните - елементарни частици на светлината. С тяхна помощ информацията се кодира и изпраща на адресата. Теоретично дори най-внимателният опит за намеса ще остави отпечатък. Квантовият ключ ще се промени незабавно и опит за хакер ще завърши с безсмислен набор от знаци. Следователно всички данни, които ще бъдат предадени по тези комуникационни канали, не могат да бъдат прихванати или копирани.
Сателитще помогне на учените да тестват разпределението на ключовете между наземните станции и самия спътник.
Квантовата комуникация в Китай ще бъде реализирана благодарение на оптични кабели с обща дължина от 2 хиляди км и обединяващи 4 града от Шанхай до Пекин. Поредици от фотони не могат да се предават безкрайно и колкото по-голямо е разстоянието между станциите, толкова по-голям е шансът информацията да бъде повредена.
След определено разстояние сигналът избледнява и учените се нуждаят от начин да актуализират сигнала на всеки 100 км, за да поддържат правилното предаване на информация. При кабелите това се постига чрез доказани възли, където ключът се анализира, копира от нови фотони и продължава напред.
Малко история
През 1984 г. Брасард Дж. от Университета в Монреал и Бенет К. от IBM предполагат, че фотоните могат да се използват в криптографията за получаване на защитен фундаментален канал. Те предложиха проста схема за квантово преразпределение на ключовете за криптиране, наречена BB84.
Тази схема използва квантов канал, през който информацията се предава между двама потребители под формата на поляризирани квантови състояния. Подслушващият хакер може да се опита да измери тези фотони, но не може да го направи, както беше споменато по-горе, без да ги изкриви. През 1989 г. в Изследователския център на IBM Брасард и Бенет създават първата в света работеща квантова криптографска система.
Какво прави квантовата оптикакриптографска система (KOKS)
Основните технически характеристики на COKS (честота на грешки, скорост на трансфер на данни и т.н.) се определят от параметрите на каналообразуващите елементи, които формират, предават и измерват квантови състояния. Обикновено COKS се състои от приемателни и предавателни части, които са свързани чрез предавателен канал.
Източниците на радиация са разделени на 3 класа:
- лазери;
- микролазери;
- светодиоди.
За предаване на оптични сигнали, оптичните светодиоди се използват като среда, комбинирани в кабели с различни дизайни.
Естеството на квантовата комуникационна тайна
Преминавайки от сигнали, при които предаваната информация е кодирана от импулси с хиляди фотони, към сигнали, в които средно има по-малко от един на импулс, квантовите закони влизат в игра. Използването на тези закони с класическата криптография постига секретност.
Принципът на неопределеността на Хайзенберг се използва в квантовите криптографски устройства и благодарение на него всички опити за промяна на квантовата система правят промени в нея, а образуването в резултат на такова измерване се определя от получаващата страна като фалшиво.
Квантовата криптография 100% защитена ли е от хакване?
Теоретично да, но техническите решения не са напълно надеждни. Нападателите започнаха да използват лазерен лъч, с който заслепяват квантовите детектори, след което спират да реагират наквантови свойства на фотоните. Понякога се използват многофотонни източници и хакерите може да успеят да пропуснат един от тях и да измерят идентични.
