Kvantna fizika nudi potpuno novi način zaštite informacija. Zašto je to potrebno, da li je sada nemoguće postaviti siguran komunikacioni kanal? Naravno da možete. Ali kvantni računari su već stvoreni, a onog trenutka kada postanu sveprisutni, moderni algoritmi šifriranja će biti beskorisni, jer će ovi moćni računari moći da ih razbiju u djeliću sekunde. Kvantna komunikacija vam omogućava da šifrirate informacije pomoću fotona - elementarnih čestica.
Takvi kompjuteri, nakon što dobiju pristup kvantnom kanalu, na ovaj ili onaj način će promijeniti stvarno stanje fotona. A pokušaj da dođete do informacija će ga pokvariti. Brzina prijenosa informacija je, naravno, manja nego kod drugih trenutno postojećih kanala, na primjer kod telefonskih komunikacija. Ali kvantna komunikacija pruža mnogo veći nivo tajnosti. Ovo je, naravno, veliki plus. Pogotovo u današnjem svijetu gdje je sajber kriminal u porastu svaki dan.
Kvantna komunikacija za lutke
Kada je golublju poštu zamijenio telegraf, telegraf je zamijenio radio. Naravno, danas to nije nestalo, ali su se pojavile druge moderne tehnologije. Prije samo deset godina Internet nije bio toliko raširen kao danas i bilo je prilično teško doći do njega – morali ste ići u internet klubove, kupovati veoma skupe kartice itd. Danas ne živimo sat vremena bez interneta, i radujemo se 5G.
Ali sljedeći novi komunikacijski standard neće riješiti probleme sa kojima se sada suočava organizacija razmjene podataka putem interneta, primanja podataka sa satelita iz naselja na drugim planetama, itd. Svi ovi podaci moraju biti sigurno zaštićeni. A to se može organizirati korištenjem takozvane kvantne zapetljanosti.
Šta je kvantna veza? Za "lutke" ovaj fenomen se objašnjava kao povezanost različitih kvantnih karakteristika. Očuva se čak i kada su čestice udaljene jedna od druge na velikoj udaljenosti. Šifrovan i prenet pomoću kvantne zapetljanosti, ključ neće pružiti nikakve vrijedne informacije krekerima koji ga pokušaju presresti. Sve što će dobiti su drugi brojevi, pošto će stanje sistema, uz spoljnu intervenciju, biti promenjeno.
Ali nije bilo moguće stvoriti svjetski sistem za prijenos podataka, jer je nakon nekoliko desetina kilometara signal izblijedio. Satelit, lansiran 2016. godine, pomoći će implementaciji šeme prijenosa kvantnog ključa na udaljenosti većim od 7.000 km.
Prvi uspješni pokušaji korištenja nove veze
Prvi protokol kvantne kriptografije dobijen je 1984.d. Danas se ova tehnologija uspješno koristi u bankarskom sektoru. Poznate kompanije nude kriptosisteme koje su kreirali.
Kvantna komunikaciona linija se izvodi putem standardnog optičkog kabla. U Rusiji je postavljen prvi sigurni kanal između filijala Gazprombank u Novye Cheryomushki i Korovy Valu. Ukupna dužina je 30,6 km, greške se javljaju prilikom prenosa ključa, ali njihov procenat je minimalan - samo 5%.
Kina lansira kvantni komunikacijski satelit
Prvi takav satelit na svijetu lansiran je u Kini. Raketa Long March-2D lansirana je 16. avgusta 2016. sa lansirnog mjesta Jiu Quan. Satelit težak 600 kg leteće 2 godine u orbiti koja je sinhrona po Suncu, visokoj 310 milja (ili 500 km) u okviru programa "Kvantni eksperimenti na kosmičkoj skali". Period okretanja uređaja oko Zemlje je sat i po.
Kvantni komunikacioni satelit se zove Micius, ili "Mo-Tzu", po filozofu koji je živeo u 5. veku nove ere. i, kako se uobičajeno vjeruje, prvi koji je provodio optičke eksperimente. Naučnici će proučavati mehanizam kvantne zapetljanosti i sprovesti kvantnu teleportaciju između satelita i laboratorije u Tibetu.
Potonji prenosi kvantno stanje čestice na datu udaljenost. Za implementaciju ovog procesa potreban je par upletenih (drugim riječima, povezanih) čestica koje se nalaze na udaljenosti jedna od druge. Prema kvantnoj fizici, oni su u stanju uhvatiti informacije o stanju partnera, čak i kada su daleko jedno od drugog. To jest, možete pružitiuticaj na česticu koja se nalazi u dubokom svemiru, utiče na njenog partnera, koji je u blizini, u laboratoriji.
Satelit će stvoriti dva zapletena fotona i poslati ih na Zemlju. Ako iskustvo bude uspješno, označit će početak nove ere. Deseci takvih satelita ne samo da bi mogli da obezbede sveprisutnost kvantnog interneta, već i kvantne komunikacije u svemiru za buduća naselja na Marsu i Mesecu.
Zašto su nam potrebni takvi sateliti
Ali zašto je uopće potreban kvantni komunikacijski satelit? Zar konvencionalni sateliti koji već postoje nisu dovoljni? Činjenica je da ovi sateliti neće zamijeniti uobičajene. Princip kvantne komunikacije je kodiranje i zaštita postojećih konvencionalnih kanala za prijenos podataka. Uz njegovu pomoć, na primjer, obezbjeđenje je već bilo obezbeđeno tokom parlamentarnih izbora 2007. godine u Švajcarskoj.
Memorijalni institut Battelle, neprofitna istraživačka organizacija, razmjenjuje informacije između ogranaka u SAD-u (Ohio) i Irskoj (Dablin) koristeći kvantno zapletanje. Njegov princip se zasniva na ponašanju fotona - elementarnih čestica svjetlosti. Uz njihovu pomoć, informacije se kodiraju i šalju primaocu. Teoretski, čak i najpažljiviji pokušaj smetnji ostavit će trag. Kvantni ključ će se odmah promijeniti, a pokušaj hakera će završiti sa besmislenim skupom znakova. Stoga svi podaci koji će se prenositi ovim komunikacijskim kanalima ne mogu biti presretnuti ili kopirani.
Satelitpomoći će naučnicima da testiraju distribuciju ključeva između zemaljskih stanica i samog satelita.
Kvantna komunikacija u Kini će biti implementirana zahvaljujući optičkim kablovima ukupne dužine od 2 hiljade km koji će ujediniti 4 grada od Šangaja do Pekinga. Niz fotona se ne može prenositi beskonačno, a što je veća udaljenost između stanica, veća je šansa da će informacije biti oštećene.
Nakon određene udaljenosti, signal blijedi, a naučnicima je potreban način da ažuriraju signal svakih 100 km kako bi održali ispravan prijenos informacija. Kod kablova, to se postiže kroz proverene čvorove, gde se ključ analizira, kopira novim fotonima i ide dalje.
Malo istorije
Godine 1984. Brassard J. sa Univerziteta u Montrealu i Bennet C. iz IBM-a su predložili da se fotoni mogu koristiti u kriptografiji za dobijanje sigurnog fundamentalnog kanala. Predložili su jednostavnu šemu za kvantnu redistribuciju ključeva za šifrovanje, koja se zvala BB84.
Ova šema koristi kvantni kanal kroz koji se prenose informacije između dva korisnika u obliku polariziranih kvantnih stanja. Haker koji prisluškuje mogao bi pokušati da izmjeri ove fotone, ali ne može to učiniti, kao što je gore spomenuto, a da ih ne izobliči. Godine 1989, u IBM Research Centru, Brassard i Bennet su stvorili prvi kvantni kriptografski sistem koji radi na svijetu.
Šta radi kvantno-optičkikriptografski sistem (KOKS)
Glavne tehničke karakteristike COKS-a (stopa grešaka, brzina prenosa podataka, itd.) određene su parametrima elemenata koji formiraju kanale koji formiraju, prenose i mere kvantna stanja. COKS se obično sastoji od prijemnih i odašiljačkih dijelova, koji su povezani prijenosnim kanalom.
Izvori zračenja su podijeljeni u 3 klase:
- lasers;
- mikrolaseri;
- diode koje emituju svjetlost.
Za prenos optičkih signala, kao medij se koriste optičke LED diode, kombinovane u kablove različitih dizajna.
Priroda kvantne tajnosti komunikacije
Prelazeći od signala u kojima su prenesene informacije kodirane impulsima sa hiljadama fotona do signala u kojima je, u prosjeku, manje od jednog po impulsu, kvantni zakoni stupaju na snagu. Tajnost se postiže korištenjem ovih zakona s klasičnom kriptografijom.
Heisenbergov princip nesigurnosti koristi se u kvantnim kriptografskim uređajima i zahvaljujući njemu svaki pokušaj promjene kvantnog sistema vrši promjene u njemu, a formiranje koje je rezultat takvog mjerenja utvrđuje strana koja prima kao lažna.
Da li je kvantna kriptografija 100% otporna na hakovanje?
Teoretski da, ali tehnička rješenja nisu sasvim pouzdana. Napadači su počeli da koriste laserski snop, kojim zaslepljuju kvantne detektore, nakon čega prestaju da reaguju nakvantna svojstva fotona. Ponekad se koriste višefotonski izvori, a hakeri mogu preskočiti jedan od njih i izmjeriti identične.
