В современных информационных сетях данные передаются в виде потока вспышек света по оптическому волокну: если вспышка есть – единичка, если нет – нолик. Но такая передача инфы опасна, поэтому как эти вспышки можно полностью просто «подсмотреть», используя специальную технику, при всем этом, ни получатель, ни отправитель не будет знать о том, что сообщение было перехвачено.
В случае использования квантовой связи фотоны передают определенными группами, а ноли и единицы записываются особенным образом. В этом случае, если кто-нибудь захотит перехватить письмо, он это может быть сделает, но это, во-1-х, не остается незамеченным, а во-2-х, навряд ли он прочитает это послание.
В первый раз таковой метод был выдуман южноамериканским физиком Чарльзом Беннетом и канадским криптологом Жилем Брассаром в 1984 году. Через 5 лет метод был реализован в критериях лаборатории – криптофотоны передавались по воздуху на расстояние в 30 см. Но что касается промышленного использования, то 1-ые решения появились только в 2002-2004 годах. Но до реального момента они являются очень дорогим наслаждением, цена которого оценивается в сотки тыщ баксов. На физическом уровне подслушать канал квантовой связи нереально, так как это противоречит законам квантовой механики.
Вкупе с тем, существует большая неувязка, связанная с объединением квантовых каналов в единую сеть, так как квантовость нарушается в сетевых узлах. В текущее время Европейский Альянс принялся за реализацию очень принципиального проекта глобальной квантовой сети, которая носит заглавие SECOQC, но в ней криптофотоны будут переконвертироваться в биты и передаваться по доверенным узлам сети. Пока квантовую связь можно использовать только меж 2-мя объектами, при этом расстояние меж ними не должно превосходить 200 км, поэтому как на огромные расстояния единичные фотоны просто не сумеют долетать. Более того, чем больше расстояние – тем меньше скорость передачи данных, прямо до нескольких сотен бит за секунду времени.
Все имеющиеся на сей день установки, использующие квантовую связь, ограничиваются передачей ключей шифрования, потому очень нередко квантовая связь носит заглавие «квантовое крипто». После того, как объекты получают нужные ключи, они шифруют информацию и передают ее по сети. Но при всем этом ключи для шифрования должны очень нередко изменяться, так как скорость соединения остается очень неспешной.
Появляется вопрос: если существует такое огромное количество заморочек с квантовой связью, почему нельзя использовать открытые шифровальные программки типа PGP и обходиться без квантов? Ответ прост: дело в том, что невзирая на все удобство систем с открытым ключом, надежность их гарантировать не может никто. В это время, посреди закрытых программ есть такие, которые даже на теоретическом уровне взломать нереально, но при всем этом необходимо заблаговременно обеспечить все стороны подходящими ключами, а в современных компьютерных системах эту делему решить фактически нереально. Но ее можно решить с помощью квантовой связи: убедиться в том, что ключ никто не перехватил, помогает физика, а недоступность зашифрованных с его помощью данных – математика.
Вкупе с тем, стоит упомянуть и о том, что понятие «безусловной защищенности» не совершенно верное. Да, мощная компьютерная техника не поможет добраться до засекреченной инфы, зато есть другие методы, к примеру, побочные каналы утечки данных, технические ошибки, либо же «троянские атаки».
Интерес физиков передался промышленникам, предпринимателям, муниципальным структурам. Юным компаниям, которым еще не удалось толком реализовать 1-ые квантовые «черные ящики», предлагают многомиллионное финансирование на проведение последующих исследовательских работ. Особо серьезно идеи квантовой связи стали продвигаться и в публичном сознании. Первыми в этом плане стали швейцарцы, которые показали достоинства квантовой коммуникации в процессе парламентских выборов 2007 года. И хотя реально полезность от нее была маленькая, зато пиар вышел просто прекрасный, поэтому как население Швейцарии очень трепетно относится к избирательному процессу. Потому для их принципиальна корректность подсчета голосов. А связь квантовой коммуникации и защиты результатов выборов – это отлично обмысленный маркетинговый ход, который направил внимание не только лишь на квантовую связь, да и на развитие швейцарской науки.
Развитие квантовой связи длится очень активно. И вот в мае текущего года появилась информация о том, что китайским физикам удалось передать фотоны на рекордное расстояние, равное 97 километрам, по открытому воздуху. Передача запутанных фотонов осуществлялась с помощью лазера, мощность которого была равна 1,3 Ватта. Опыты проводились над озером, размещенным на высоте 4 тыщ метров над уровнем моря. Основная неувязка в процессе передачи фотонов на такое существенно расстояние была связана с уширением луча, потому ученые использовали дополнительный направляющий лазер, с помощью которого подстраивались приемник и передатчик. Не считая того, фотоны терялись не только лишь из-за уширения луча, да и из-за несовершенства оптики и турбулентности воздуха.
Вроде бы там ни было, в процессе 4-часового опыта на расстояние 97 км удалось передать порядка 1100 запутанных фотонов. Но, по словам ученных, утраты фотонов совершенно малозначительны, потому полностью можно полагать, что в ближнем будущем квантовая связь может быть осуществлена меж коммуникационным спутником и наземной станцией.
Отметим, что ученые и ранее проводили исследования по передаче запутанных фотонов, но дальность передачи не была большой – порядка километра. Причина тому – взаимодействие частиц со средой распространения, и, как итог, утрата квантовых параметров. Как лицезреем, передача по воздуху оказалась более действенной.
Спустя некоторое количество дней после проведения китайского опыта появилась информация о том, что европейским ученым удалось побить рекорд китайских ученых, передав запутанные фотоны на расстояние, равное 143 километрам. Как говорят его создатели, опыт продолжался более года. Причина тому – нехорошие погодные условия. Понятно, что опыты проводились в Атлантическом океане меж островами Тенерифе и Ла Пальма. Как и в прошлых исследовательских работах, передача инфы была осуществлена 2-мя каналами – обыденным и квантовым.
В текущее время становится естественным, что достижение китайских физиков оказались более успешными. Ученым в первый раз удалось использовать квантовую связь меж базисной наземной станцией и летящим на значимой высоте самолетом.
На борту самолета Do228, парящего на высоте 20 км со скоростью 300 км в час, находились приемник и источник (инфракрасный лазер) фотонов. Базисная станция использовала оптическую систему, в структуре которой находилась система зеркал с приводами высочайшей точности, для определения направления и положения самолета. После того, как были точно установлены все координаты самолета, также оптическая система приемника, станционное оборудование могло определять поляризацию фотонов и использовать данную информацию для расшифровки квантовых данных.
Сеанс связи продолжался приблизительно 10 минут. Но не вся передаваемая информация шифровалась с помощью квантовой криптографии. Квантовым способом передавались только ключи шифрования, менявшийся через определенное количество кб инфы (около 10 Кбайт), которая передавалась обыденным способом. Использованный способ передачи ключей именуется квантовым рассредотачиванием ключей, в нем для кодировки единиц и нолей употребляется различная поляризация фотонов.
Нужно также отметить, что частота появления ошибок во время сеанса не превысила 5 процентов, что можно считать огромным фуррором в области квантовой связи.
Таким макаром, можно гласить о том, что ученым удалось впритирку приблизиться к созданию спутниковой системы квантовой связи. При всем этом, существует предположение, что для организации таковой связи будет нужно даже меньше усилий, так как погодные условия имеют огромное воздействие у земной поверхности, но в вертикальном направлении они не должны быть настолько значимы.
По воззрению профессионалов, если опыты закончатся успешно, квантовую спутниковую связь можно будет применить для организации информационной защищенной сети меж посольствами тех стран, у каких данная разработка уже существует.
В то же время, существует определенное число ученых, которые считают, что наряду со способностью обеспечить сильную защиту передаваемой инфы, квантовая связь не способна решить целый ряд других, более принципиальных заморочек. Так, по словам Барта Пренеля, доктора Католического института в Левене, есть последующие задачи. Во-1-х, отправитель, использующий квантовую связь, должен быть уверен в том, что на другом конце находится полностью определенный получатель. Потому нужно выдать обеим сторонам скрытый код. Но если это может быть для маленьких, отлично обмысленных и организованных узлов, то в массовом использовании квантовую коммуникацию использовать нельзя. Во-2-х, квантовая тайнопись не дает способности подписывать документы. В-3-х, квантовая тайнопись не может гарантировать защиту информацию, которая уже хранится. Ведь в современных информационных системах главное – не защита передаваемой инфы, а защита конечных узлов, где эта информация будет храниться.
Потому исходя из убеждений коммерческого использования квантовая тайнопись еще некое время не будет жизнестойкой.
Применены материалы:
http://www.dailytechinfo.org/infotech/4016-vpervye-realizovana-kvantovaya-svyaz-mezhdu-letyaschim-samoletom-i-nazemnoy-stanciey.html
http://cybersecurity.ru/it/159210.html/
http://rus.ruvr.ru/2012_05_21/75468427/
http://ru.wikipedia.org/wiki/%CA%E2%E0%ED%F2%EE%E2%E0%FF_%E7%E0%EF%F3%F2%E0%ED%ED%EE%F1%F2%FC