Назад в будущее…

Скрыпников 'Slam' Сергей

Спецвыпуск Xakep, номер #041, стр. 041-012-2

ОСНОВЫ ОСНОВ

Первый протокол квантовой криптографии (BB84) был предложен и опубликован в 1984 году Беннетом (фирма IBM) и Брассардом (идея была развита Экертом в 1991 году). В основе метода квантовой криптографии лежит наблюдение квантовых состояний фотонов. Отправитель задает эти состояния, а Получатель их регистрирует. Здесь используется принцип неопределенности (когда две квантовые сопряженные величины не могут быть точно измерены одновременно). Отправитель кодирует отправляемые данные, задавая определенные квантовые состояния, Получатель регистрирует эти состояния. Затем Получатель и Отправитель совместно обсуждают результаты наблюдений. Обсуждение результатов касается ошибок, внесенных шумами или кулхацкером, и не раскрывает содержимого переданного сообщения.

В качестве источника света может использоваться светоизлучающий диод или лазер. Свет формируется в виде коротких импульсов. Поляризация каждого импульса модулируется Отправителем. Получатель измеряет поляризацию фотонов и сообщает Отправителю, какую последовательность базовых состояний он использовал. Отправитель уведомляет Получателя о том, какие базовые состояния использованы корректно.

Более эффективной проверкой для Отправителя и Получателя является проверка на четность, осуществляемая по открытому каналу (в качестве открытого канала могут использоваться как обычные телефонные линии, линии радиосвязи или локальные сети, так и твоя любимая выделенка в стандартном режиме работы). Например, Отправитель может сообщить: "Я просмотрел 1-й, 2-й, 10-й ... и 99-й из моих 1000 битов данных, и они содержат четное число единиц. Тогда Получатель подсчитывает число единиц на тех же самых позициях. Можно показать, что если данные у Получателя и Отправителя отличаются, проверка на четность случайного подмножества этих данных выявит этот факт с вероятностью 0,5 независимо от числа и местоположения ошибок. Достаточно повторить такой тест 20 раз с 20 различными случайными подмножествами, чтобы сделать вероятность необнаруженной ошибки очень малой, хотя такая вероятность всегда существует, как-никак все мы люди и можем ошибаться (вдруг ты вчера расстался с подругой?).

ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

Через 5 лет, т.е. в 1989 г., все те же Беннет и Брассард в Исследовательском центре IBM построили первую работающую квантово-криптографическую систему (ККС). Она состояла из квантового канала, содержащего передатчик Отправителя на одном конце и приемник Получателя на другом, размещенные на оптической скамье длиной около метра в светонепроницаемом полутораметровом кожухе размером 0,5х0,5 м. Собственно квантовый канал представлял собой свободный воздушный канал длиной около 32 см. Макет управлялся с персонального компьютера, который содержал программное представление Отправителя и Получателя, а также Кулхацкера.