Квантовите комуникации в университета ITMO - проект за нехакваеми системи за предаване на данни

Предприятието Quantum Communications създава системи за разпространение на криптиращи ключове. Основната им характеристика е невъзможността за „подслушване“.

Rama /Уикимедия/ CC BY-SA

Защо се използват квантови мрежи?

Данните се считат за защитени, ако времето им за дешифриране значително надвишава техния „срок на годност“. Днес става все по-трудно да се изпълни това условие - това се дължи на развитието на суперкомпютрите. Само преди няколко години клъстер от 80 компютъра, базирани на Pentium 4, „овладя“ (страница 6 в статията) 1024-битово RSA криптиране само за 104 часа.

На суперкомпютър това време ще бъде значително по-кратко, но едно от решенията на проблема може да бъде „абсолютно силен шифър“, чиято концепция беше предложена от Шанън. В такива системи се генерират ключове за всяко съобщение, което увеличава риска от прихващане.

Тук на помощ ще дойде нов тип комуникационна линия - квантови мрежи, които предават данни (криптографски ключове) с помощта на единични фотони. При опит за прихващане на сигнал тези фотони се унищожават, което служи като знак за проникване в канала. Такава система за предаване на данни се създава от малко иновативно предприятие към университета ITMO - Quantum Communications. Начело са Артър Глейм, ръководител на Лабораторията за квантова информация, и Сергей Козлов, директор на Международния институт по фотоника и оптоинформатика.

Как работи технологията

Базира се на метода на квантовата комуникация на страничните честоти. Неговата особеност е, че единични фотони не се излъчват директно от източника. Те се пренасят на странични честоти в резултат на фазова модулация на класически импулси. Интервалът между носещата честота и подчестотите е приблизително 10-20 часа. Този подход ви позволява да излъчвате квантов сигнал над 200 метра със скорост от 400 Mbit/s.

Работи по следния начин: специален лазер генерира импулс с дължина на вълната 1550 nm и го изпраща към електрооптичен фазов модулатор. След модулация се появяват две странични честоти, които се различават от носещата по количеството на модулиращия радиосигнал.

След това, използвайки фазови отмествания, сигналът се кодира бит по бит и се предава към приемащата страна. Когато достигне до приемника, спектралният филтър извлича сигнала от страничната лента (с помощта на фотонен детектор), модулира повторно фазата и дешифрира данните.

Информацията, необходима за установяване на защитена връзка, се обменя по отворен канал. „Суровият“ ключ се генерира едновременно в предавателния и приемащия модул. За него се изчислява процент грешки, който показва дали е имало опит за подслушване на мрежата. Ако всичко е наред, тогава грешките се коригират и се генерира таен криптографски ключ в предавателния и приемащия модул.

PxТук /PD

Какво остава да се направи

Въпреки теоретичната „нехакерство“ на квантовите мрежи, те все още не осигуряват абсолютна криптографска защита. Оборудването оказва силно влияние върху безопасността. Преди няколко години група инженери от университета Ватерло откриха уязвимост, която може да позволи прихващане на данни в квантова мрежа. Това беше свързано с възможността за „заслепяване“ на фотодетектора. Ако осветите детектора с ярка светлина, той се насища и спира да регистрира фотони. След това, като промените интензитета на светлината, можете да контролирате сензора и да заблудите системата.

За да се реши този проблем, ще трябва да се променят принципите на работа на приемниците. Вече има схема за защитено оборудване, което е нечувствително към атаки срещу детектори - тези детектори просто не са включени в нея. Но такива решения увеличават разходите за внедряване на квантови системи и все още не са излезли извън рамките на лабораторията.

„Нашият екип също работи в тази посока. Ние си сътрудничим с канадски специалисти и други чуждестранни и руски групи. Ако успеем да затворим уязвимостите на хардуерно ниво, тогава квантовите мрежи ще станат широко разпространени и ще се превърнат в тестова площадка за тестване на нови технологии“, казва Артър Глейм.

Перспективи

Все повече местни компании проявяват интерес към квантовите решения. Само Quantum Communications LLC доставя на клиентите пет системи за предаване на данни годишно. Един комплект оборудване, в зависимост от обхвата (от 10 до 200 км), струва 10–12 милиона рубли. Цената е сравнима с чуждестранни аналози с по-скромни параметри на производителност.

Тази година Quantum Communications получи инвестиции в размер на сто милиона рубли. Тези пари ще помогнат на компанията да изведе продукта на международния пазар. Някои от тях ще отидат за разработването на проекти на трети страни. По-специално, създаването на системи за квантово управление за разпределени центрове за данни. Екипът разчита на модулни системи, които могат да бъдат интегрирани в съществуваща ИТ инфраструктура.

Квантовите системи за предаване на данни ще станат основата на нов тип инфраструктура в бъдеще. Ще се появят SDN мрежи, които използват системи за квантово разпределение на ключове, съчетани с традиционно криптиране за защита на данните.

Математическата криптография ще продължи да се използва за защита на информация с ограничен период на поверителност, а квантовите методи ще намерят своята ниша в области, където се изисква по-стабилна защита на данните.

В нашия блог на Habré:

• Интелигентен стетоскоп - стартиращ проект от ускорителя на университета ITMO
• Как работи университетът ITMO: Обиколка на нашата лаборатория за киберфизични системи
• Коктейл за здравословна диета - прави го стартъп от университетския акселератор ITMO

Източник: www.habr.com