Добавление шума для полностью безопасной связи

Как мы можем защитить коммуникации от «подслушивания», если мы не доверяем устройствам, используемым в этом процессе? Это один из основных вопросов в исследовании квантовой криптографии. Теперь ученым удалось заложить теоретические основы протокола связи, который гарантирует стопроцентную конфиденциальность.

Хакеры, владеющие квантовыми компьютерами, представляют серьезную угрозу для современных криптосистем. Поэтому исследователи работают над новыми методами шифрования, основанными на принципах квантовой механики. Однако современные протоколы шифрования предполагают, что устройства связи являются известными, заслуживающими доверия объектами. Но что, если это не так, и устройства оставляют заднюю дверь открытой для атак подслушивающих?

Команда физиков во главе с профессором Николя Сангуардом (Nicolas Sangouard) из Университета Базеля и профессором Ренато Реннером (Renato Renner) из ETH Цюриха разработали теоретические основы для протокола связи, который обеспечивает максимальную защиту конфиденциальности и может быть реализован экспериментально. Этот протокол гарантирует безопасность не только от хакеров с квантовыми компьютерами, но также и в случаях, когда устройства, используемые для связи, являются «черными ящиками», о надежности которых совершенно неизвестно. Они опубликовали свои результаты в журнале Physical Review Letters и подали заявку на патент.

Хотя уже есть некоторые теоретические предложения для протоколов связи с черными ящиками, было одно препятствие для их экспериментальной реализации: используемые устройства должны были быть очень эффективными при обнаружении информации о криптографическом ключе. Если слишком много информационных единиц (в виде запутанных пар легких частиц) осталось не определенными, было бы невозможно узнать, были ли они перехвачены третьей стороной.

Новый протокол преодолевает это препятствие с помощью хитрости - исследователи добавляют искусственный шум к фактической информации о ключе шифрования. Даже если многие информационные блоки не обнаружены, «перехватчик» получает настолько мало реальной информации о криптоключе, что безопасность протокола остается гарантированной. Таким образом, исследователи снизили требования к эффективности обнаружения устройств.

«Поскольку появились первые небольшие квантовые компьютеры, нам срочно нужны новые решения для защиты конфиденциальности, - говорит профессор Сангуард. - Наша работа представляет собой важный шаг на пути к следующему этапу в безопасных коммуникациях».

Конфигурация протокола безопасности: одно устройство (центр) создает ключ шифрования в виде запутанных пар легких частиц, которые затем передаются на два устройства связи (Алиса и Боб). Кодирование информации в парах частиц обеспечивает безопасность, поскольку нет третьей частицы, которая может быть перехвачена «подслушивающим устройством»