Как устроена квантовая связь?

Обеспечение квантовой защиты для систем связи становится отдельной индустрией.

Так, например, швейцарская фирма ID Quantique предоставляет возможность установки таких систем «под ключ». В России Газпромбанк вложил сотни миллионов рублей в создание квантовых линий между своими отделениями.

Как функционирует эта система?

Подобно любому другому случаю криптографии, собеседники обмениваются зашифрованными сообщениями, которые сами умеют расшифровать. Суть в том, откуда берется ключ и как он попадает к обоим собеседникам. Квантовые технологии позволяют генерировать последовательность битов, которая по самим законам природы не может быть известна никому, кроме пары получателей на разных концах провода.

Квантовая система непрерывно, в режиме реального времени, генерирует такой ключ для двух собеседников. Общаются же они по обычному классическому каналу, просто пересылаемые сообщения закодированы с использованием квантового ключа. Если поток информации невелик и не превосходит по интенсивности темпы создания шифра, то надежность обмена данными абсолютна — каждый кусочек ключа используется однократно и сообщение существенно короче шифра. Из перехваченного пакета невозможно достать никакой информации, это гарантируют математические основы криптографии.

Технология такой связи с полным шифрованием была продемонстрирована в Казани на примере «квантового телефона», когда в реальном времени два собеседника общались привычным голосовым образом, а весь поток сигналов между ними был надежно зашифрован.

Ограничения технологии

1. Ключ получают именно два пользователя, не три и не большее число. Если бы мы хотели защитить многопользовательский чат, нам пришлось бы создавать огромное количество закрытых каналов на двух участников каждый.

2. Скорость генерации ключа капризна и сильно зависит от качества связи и дальности. В основном проблема решена: до десятков километров можно использовать оптоволокно, это продемонстрировало множество лабораторий. Для сколь угодно дальних расстояний пригодна система передачи данных через спутники, недавно протестированная Китаем — в ней основную часть расстояния сигнал преодолевает по безвоздушному пространству и потому не тонет в помехах.

3. Один из типов атак на защищенную линию связи сводится к повышению потерь в квантовом канале. Это и повреждение оптоволокна, и загрязнение воздуха на пути луча, и перегрузка детекторов посторонними сигналами. Отличить естественные проблемы от намеренного саботажа не так просто. Есть вероятность, что пользователи решат не прервать общение до устранения неполадок, а продолжить его в обычном, незащищенном режиме.

4. Шифрование должно быть встроено в сам документооборот. Программы должны получать квантовый код по одной линии, одинаковым образом применять его для шифрования сигналов в другой, классической линии, и расшифровывать приходящую по ней информацию. Если само программное обеспечение будет ненадежно и допускать утечку информацию, то надежность связи как таковой уже не будет иметь значения.

В настоящее время происходит бурное развитие отрасли. Вероятно, в ближайшие годы как минимум некоторые поставщики отработают до мелочей технологию, снизят себестоимость оказания услуги на несколько порядков и смогут сделать ее по-настоящему массовой.

19.07.2017