Квантовая криптография

«Господь не только играет в кости, но к тому же забрасывает их порою туда, где мы их не можем не увидеть.»
Стивен Хокинг

Современные оптические линии связи не гарантируют конфиденциальность передаваемой информации, поскольку по оптоволоконным линиям движутся миллионы фотонов, во многом дублирующих друг друга, и часть из них можно перехватить незаметно для адресата. И тут на помощь вновь приходит квантовая физика.

Шифрование передаваемой информации всегда играло важнейшую роль в политической и экономической жизни стран. Проблемой шифрования занимается наука криптография, которая использует математические методы. Тем не менее, всегда остается вероятность перехватить часть информации и ее расшифровать.

Развитие науки породило квантовую криптографию — метод защиты коммуникаций, основанный на принципах квантовой физики, когда информация переносится с помощью объектов квантовой механики.

Квантовая криптография — метод защиты коммуникаций, основанный на принципах квантовой физики.

Идеальная защита

История квантовой криптографии началась в конце 1960-х годов, когда студент Колумбийского университета Стивен Визнер изложил своему бывшему сокурснику Чарльзу Беннету идею квантовых банкнот, которые в принципе нельзя подделать, поскольку это исключают законы природы.

Основная идея квантовой криптографии состоит в том, чтобы передавать информацию отдельными фотонами.

Например, цифры 0 и 1 кодируются поляризацией фотонов: вертикально поляризованный фотон обозначает 0, а горизонтально поляризованный фотон — 1. Такая передача информации будет секретной, потому что ее нельзя «подслушать». В основе этого утверждения лежит принцип неопределенности Гейзенберга, который постулирует, что любое поползновение внедриться в канал передачи, то есть произвести измерение в квантовой системе, неизбежно приведет к ее нарушению и будет зафиксировано принимающей стороной. Любой подслушивающий может лишь перехватить некоторые фотоны целиком — ведь он не может отщепить часть фотона и узнать таким образом его поляризацию. Но перехваченные фотоны просто не будут участвовать в передаче информации, поэтому информация, переданная отдельными квантами, защищена от подслушивания.

Будущее где-то рядом

Первый протокол квантового распределения ключей BB84 предложили Чарльз Беннет и Жиль Брассар в 1984 году. Первые лабораторные демонстрации действительно работали на малых расстояниях и с очень низкой скоростью. С тех пор QKD вышло далеко за пределы таких опытов: созданы волоконно-оптические системы и экспериментальные сети, способные формировать ключи на десятках и сотнях километров.

Современное квантовое распределение ключей имеет реальные ограничения: скорость секретного ключа обычно падает с расстоянием, оборудование сложно и дорого, а практические реализации могут содержать уязвимости. Но низкая пропускная способность не является «теоретически непреодолимым» запретом: QKD уже демонстрировалось в работающих сетях и продолжает развиваться.