Kvantová fyzika ponúka úplne nový spôsob ochrany informácií. Prečo je to potrebné, je teraz nemožné vytvoriť bezpečný komunikačný kanál? Samozrejme môžete. Ale kvantové počítače už boli vytvorené a v momente, keď sa stanú všadeprítomnými, budú moderné šifrovacie algoritmy zbytočné, pretože tieto výkonné počítače ich dokážu prelomiť v zlomku sekundy. Kvantová komunikácia vám umožňuje šifrovať informácie pomocou fotónov – elementárnych častíc.
Takéto počítače, ktoré získali prístup ku kvantovému kanálu, tak či onak zmenia skutočný stav fotónov. A pokus o získanie informácií ju pokazí. Rýchlosť prenosu informácií je samozrejme nižšia ako u iných v súčasnosti existujúcich kanálov, napríklad pri telefonickej komunikácii. Ale kvantová komunikácia poskytuje oveľa väčšiu úroveň utajenia. To je, samozrejme, veľmi veľké plus. Najmä v dnešnom svete, kde je počítačová kriminalita každým dňom na vzostupe.
Kvantová komunikácia pre figuríny
Keď bola holubia pošta nahradená telegrafom, telegraf bol nahradený rádiom. Samozrejme, dnes to nezmizlo, ale objavili sa iné moderné technológie. Ešte pred desiatimi rokmi nebol internet taký rozšírený ako dnes a bolo dosť ťažké sa k nemu dostať – bolo treba chodiť do internetových klubov, kupovať si veľmi drahé karty atď. Dnes nežijeme hodinu bez internetu a tešíme sa na 5G.
Ale ďalší nový komunikačný štandard nevyrieši problémy, ktorým teraz čelí organizácia výmeny údajov pomocou internetu, prijímanie údajov zo satelitov z osád na iných planétach atď. Všetky tieto údaje musia byť bezpečne chránené. A to sa dá zorganizovať pomocou takzvaného kvantového zapletenia.
Čo je kvantová väzba? Pre „figuríny“sa tento jav vysvetľuje ako spojenie rôznych kvantových charakteristík. Zachováva sa aj vtedy, keď sú častice od seba oddelené na veľkú vzdialenosť. Zašifrovaný a prenášaný pomocou kvantového zapletenia kľúč neposkytuje žiadne cenné informácie crackerom, ktorí sa ho pokúsia zachytiť. Dostanú iba iné čísla, pretože stav systému sa po externom zásahu zmení.
Nepodarilo sa však vytvoriť celosvetový systém prenosu dát, pretože po pár desiatkach kilometrov signál vybledol. Satelit, vypustený v roku 2016, pomôže implementovať schému kvantového prenosu kľúčov na vzdialenosti viac ako 7 000 km.
Prvé úspešné pokusy o použitie nového pripojenia
Úplne prvý protokol kvantovej kryptografie bol získaný v roku 1984d) V súčasnosti sa táto technológia úspešne používa v bankovom sektore. Známe spoločnosti ponúkajú kryptosystémy, ktoré vytvorili.
Kvantová komunikačná linka prebieha na štandardnom kábli z optických vlákien. V Rusku bol položený prvý bezpečný kanál medzi pobočkami Gazprombank v Novye Cheryomushki a na Korovy Val. Celková dĺžka je 30,6 km, chyby sa vyskytujú pri prenose kľúča, ale ich percento je minimálne - iba 5 %.
Čína spúšťa kvantový komunikačný satelit
Prvý takýto satelit na svete bol vypustený v Číne. Raketa Long March-2D bola vypustená 16. augusta 2016 z miesta štartu Jiu Quan. Satelit s hmotnosťou 600 kg bude lietať 2 roky na synchrónnej obežnej dráhe so slnkom vo výške 310 míľ (alebo 500 km) v rámci programu „Kvantové experimenty v kozmickom meradle“. Obdobie obehu zariadenia okolo Zeme je jeden a pol hodiny.
Kvantový komunikačný satelit sa nazýva Micius, alebo "Mo-Tzu", podľa filozofa, ktorý žil v 5. storočí nášho letopočtu. a ako sa všeobecne verí, prvý, kto vykonáva optické experimenty. Vedci sa chystajú študovať mechanizmus kvantového zapletenia a vykonávať kvantovú teleportáciu medzi satelitom a laboratóriom v Tibete.
Tento prenáša kvantový stav častice na danú vzdialenosť. Na realizáciu tohto procesu je potrebný pár zapletených (inými slovami spojených) častíc umiestnených vo vzájomnej vzdialenosti. Podľa kvantovej fyziky sú schopné zachytiť informácie o stave partnera, aj keď sú od seba ďaleko. To znamená, že môžete poskytnúťdopad na časticu, ktorá je v hlbokom vesmíre, čo ovplyvňuje jej partnera, ktorý je v laboratóriu nablízku.
Satelit vytvorí dva zapletené fotóny a pošle ich na Zem. Ak bude skúsenosť úspešná, bude to znamenať začiatok novej éry. Desiatky takýchto satelitov by mohli zabezpečiť nielen všadeprítomnosť kvantového internetu, ale aj kvantovú komunikáciu vo vesmíre pre budúce osady na Marse a Mesiaci.
Prečo potrebujeme takéto satelity
Načo však ešte potrebujete kvantový komunikačný satelit? Nie sú už existujúce konvenčné satelity dostatočné? Faktom je, že tieto satelity nenahradia tie bežné. Princípom kvantovej komunikácie je kódovanie a ochrana existujúcich konvenčných kanálov prenosu údajov. S jeho pomocou bola napríklad zabezpečená bezpečnosť už počas parlamentných volieb v roku 2007 vo Švajčiarsku.
Nezisková výskumná organizácia Battelle Memorial Institute si vymieňa informácie medzi pobočkami v USA (Ohio) a Írsku (Dublin) pomocou kvantového zapletenia. Jeho princíp je založený na správaní fotónov – elementárnych častíc svetla. S ich pomocou sú informácie zakódované a odoslané adresátovi. Teoreticky aj ten najopatrnejší pokus o rušenie zanechá stopy. Kvantový kľúč sa okamžite zmení a pokus o hackera skončí s nezmyselnou znakovou sadou. Preto všetky údaje, ktoré budú prenášané týmito komunikačnými kanálmi, nemožno zachytiť ani skopírovať.
Satelitpomôže vedcom otestovať distribúciu kľúčov medzi pozemnými stanicami a samotným satelitom.
Kvantová komunikácia v Číne bude realizovaná vďaka káblom z optických vlákien s celkovou dĺžkou 2 tisíc km a spájajúcich 4 mestá od Šanghaja po Peking. Séria fotónov sa nemôže prenášať donekonečna a čím väčšia je vzdialenosť medzi stanicami, tým väčšia je šanca, že informácie budú poškodené.
Po určitej vzdialenosti signál slabne a vedci potrebujú spôsob, ako aktualizovať signál každých 100 km, aby sa zachoval správny prenos informácií. V kábloch sa to dosahuje pomocou osvedčených uzlov, kde sa kľúč analyzuje, skopíruje sa novými fotónmi a pokračuje sa ďalej.
Trošku histórie
V roku 1984 Brassard J. z University of Montreal a Bennet C. z IBM navrhli, že fotóny by sa mohli použiť v kryptografii na získanie bezpečného základného kanála. Navrhli jednoduchú schému pre kvantovú redistribúciu šifrovacích kľúčov, ktorá sa volala BB84.
Táto schéma využíva kvantový kanál, cez ktorý sa prenášajú informácie medzi dvoma používateľmi vo forme polarizovaných kvantových stavov. Odpočúvajúci hacker by sa mohol pokúsiť zmerať tieto fotóny, no nedokáže to, ako bolo spomenuté vyššie, bez ich skreslenia. V roku 1989 vo Výskumnom stredisku IBM Brassard a Bennet vytvorili prvý fungujúci kvantový kryptografický systém na svete.
Čo znamená kvantová optikakryptografický systém (KOKS)
Hlavné technické charakteristiky COKS (chybovosť, rýchlosť prenosu dát atď.) sú určené parametrami prvkov tvoriacich kanál, ktoré tvoria, prenášajú a merajú kvantové stavy. COKS sa zvyčajne skladá z prijímacej a vysielacej časti, ktoré sú spojené prenosovým kanálom.
Zdroje žiarenia sú rozdelené do 3 tried:
- lasery;
- mikrolasery;
- svetelné diódy.
Na prenos optických signálov sa ako médium používajú LED z optických vlákien, kombinované v kábloch rôznych prevedení.
Povaha kvantového komunikačného tajomstva
Počínajúc signálmi, v ktorých sú prenášané informácie zakódované impulzmi s tisíckami fotónov, k signálom, v ktorých je v priemere menej ako jeden na jeden impulz, vstupujú do hry kvantové zákony. Práve použitie týchto zákonov s klasickou kryptografiou dosahuje utajenie.
Princíp neistoty Heisenberga sa používa v kvantových kryptografických zariadeniach a vďaka nemu akékoľvek pokusy o zmenu kvantového systému spôsobia jeho zmeny a útvar, ktorý je výsledkom takéhoto merania, prijímajúca strana určí ako nepravdivý.
Je kvantová kryptografia 100% odolná proti hackerom?
Teoreticky áno, ale technické riešenia nie sú úplne spoľahlivé. Útočníci začali používať laserový lúč, ktorým oslepili kvantové detektory, po ktorých prestali reagovaťkvantové vlastnosti fotónov. Niekedy sa používajú viacfotónové zdroje a hackeri môžu byť schopní preskočiť jeden z nich a zmerať rovnaké.
