Kryptografia kwantowa coraz bliżej. Nadchodzi czas bezpiecznej komunikacji?

fot. © Maxim_Kazmin - bank zdjęć Fotolia.com

fot. © Maxim_Kazmin - bank zdjęć Fotolia.com

fot. © Maxim_Kazmin - bank zdjęć Fotolia.com

fot. © Maxim_Kazmin – bank zdjęć Fotolia.com

Oczekuje się, że kryptografia kwantowa rozwiąże najważniejszy problem z szyfrowaniem danych – bezpieczeństwo klucza. Ostatnie sukcesy w realizacji kwantowego przesyłania klucza dają nadzieję, że niedługo ta technika będzie komercyjnie dostępna.

Teraz, kiedy większość ważnych spraw załatwiamy w Internecie, bezpieczne szyfrowanie wrażliwych danych staje się coraz bardziej potrzebne. Dotychczasowe rozwiązania na razie się sprawdzają, ale cyberprzestępcy nie śpią.
 

Kod, którego nie da się złamać

Idealne szyfrowanie danych polega na zakodowaniu wiadomości przy użyciu klucza, który ma tę samą długość, co wiadomość, można go użyć tylko raz i jest znany tylko nadawcy i odbiorcy. Takiego szyfru nie da się złamać. Jednak co z tego, skoro do każdej wiadomości trzeba przekazywać nowy klucz. I to tak, żeby nie został podsłuchany. Mało realne. Dlatego obecnie standardowo nie stosuje się tej metody, tylko szyfruje kluczami, które teoretycznie można odcyfrować. Na szczęście na razie nie ma komputerów, które byłyby w stanie to zrobić. A przynajmniej nikt się do nich oficjalnie nie przyznaje.

Na złamanie obecnych zabezpieczeń próbują przygotować nas fizycy kwantowi. Rozwijają kryptografię kwantową, a w jej zakresie kwantową dystrybucję klucza. To jest powrót to idei tego perfekcyjnego szyfrowania z jednorazowym kluczem. Klucz jest przesyłany w formie binarnej jako pojedyncze fotony. Wysyłając go w ten sposób mamy pewność, że nie zostanie podsłuchany. A właściwie, że jeśli zostanie podsłuchany, to to zauważymy. Jak to możliwe? Dzięki jednej z podstawowych zasad mechaniki kwantowej, która mówi, że pomiar zmienia stan obiektu. Jeżeli po drodze szpieg będzie próbował przeczytać klucz, to do odbiorcy dotrze on w innym stanie, niż gdyby podsłuchu nie było. Wystarczy, że nadawca i odbiorca sprawdzą kilka losowych bitów i od razu będą wiedzieli, czy mogą bezpiecznie użyć klucza.

Chiny: komunikacja kwantowa przez 2 tysiące kilometrów

Dlaczego nasze e-maile i transakcje bankowe nie są jeszcze szyfrowane kwantowo? Oczywiście z powodów trudności technicznych. Sygnałem są pojedyncze fotony, więc jest on milion razy słabszy niż to, co normalnie przesyłamy światłowodami. Coś w kwestii praktycznej realizacji zaczyna się jednak ruszać. W tym roku oddano do użytku najdłuższą dotychczasową linię, którą można takie sygnały przesyłać. Łączy ona Pekin z Szanghajem i ma 2 tysiące kilometrów. Ta linia przesyłu danych to tzw. ciemne włókno, czyli nie jest używana do innych celów. Jest to dość kosztowna fanaberia, bo normalnie światłowody przesyłają po kilkadziesiąt sygnałów naraz.

Wielka Brytania: komunikacja kwantowa we współdzielonym światłowodzie

Niebieski laserPrzesyłanie klucza kwantowego w tym samym kablu co inne sygnały też zaczyna być już możliwe. Taka sztuka udała się pomiędzy stacjami w Suffolk i Ipswich, które oddalone są od siebie o 26 km. Udało się na tyle dobrze odfiltrować sygnał od szumu, że transmisja przebiegała bez zakłóceń, mimo towarzystwa czterech standardowych przesyłów danych w tym samym światłowodzie. Dotychczas robiono już takie próby w laboratoriach, ale jak przyznaje w wywiadzie dla Nature jeden z fizyków odpowiedzialnych za ten sukces: „Realizacja kwantowej dystrybucji klucza w «świecie rzeczywistym» jest znacznie trudniejsza niż w kontrolowanym środowisku laboratorium, ze względu na fluktuacje otoczenia i większej straty w światłowodzie”. Skoro i tę trudność udało się już pokonać, to znaczy, że jesteśmy już blisko naprawdę bezpiecznego szyfrowania.

Bądź na bieżąco!
Zapisz się na nasz bezpłatny newsletter.