Kvantna fizika nudi potpuno novi način zaštite informacija. Zašto je to potrebno, je li sada nemoguće postaviti siguran komunikacijski kanal? Naravno, možete. Ali kvantna računala su već stvorena, a u trenutku kada postanu sveprisutni, moderni algoritmi šifriranja bit će beskorisni, budući da će ih ova moćna računala moći razbiti u djeliću sekunde. Kvantna komunikacija omogućuje vam šifriranje informacija pomoću fotona - elementarnih čestica.
Takva računala, nakon što dobiju pristup kvantnom kanalu, na ovaj ili onaj način će promijeniti stvarno stanje fotona. A pokušaj dobivanja informacija će ih pokvariti. Brzina prijenosa informacija je, naravno, manja nego kod drugih trenutno postojećih kanala, primjerice kod telefonskih komunikacija. Ali kvantna komunikacija pruža puno veću razinu tajnosti. Ovo je, naravno, jako veliki plus. Pogotovo u današnjem svijetu u kojem je kibernetički kriminal svakim danom u porastu.
Kvantna komunikacija za lutke
Kada je telegraf zamijenio golublju poštu, 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 mu je dosta teško pristupiti - morali ste ići u internetske klubove, kupovati vrlo skupe kartice itd. Danas ne živimo sat vremena bez interneta i veselimo se 5G.
No, sljedeći novi komunikacijski standard neće riješiti probleme s kojima se sada susreće organizacija razmjene podataka putem interneta, primanje podataka sa satelita iz naselja na drugim planetima itd. Svi ti podaci moraju biti sigurno zaštićeni. A to se može organizirati pomoću takozvane kvantne zapetljanosti.
Što je kvantna veza? Za "lutke" se ovaj fenomen objašnjava kao povezanost različitih kvantnih karakteristika. Očuva se čak i kada su čestice udaljene jedna od druge velikom udaljenosti. Šifriran i prenošen pomoću kvantne zapetljanosti, ključ neće pružiti nikakve vrijedne informacije krekerima koji ga pokušaju presresti. Sve što će dobiti su drugi brojevi, jer će se stanje sustava, uz vanjsku intervenciju, promijeniti.
No nije bilo moguće stvoriti svjetski sustav za prijenos podataka, jer je nakon nekoliko desetaka kilometara signal izblijedio. Satelit, lansiran 2016., pomoći će implementaciji sheme prijenosa kvantnog ključa na udaljenosti većim od 7000 km.
Prvi uspješni pokušaji korištenja nove veze
Prvi protokol kvantne kriptografije dobiven je 1984.d. Danas se ova tehnologija uspješno koristi u bankarskom sektoru. Poznate tvrtke nude kriptosustave koje su kreirali.
Kvantna komunikacijska linija provodi se na standardnom optičkom kabelu. U Rusiji je postavljen prvi sigurni kanal između podružnica Gazprombank u Novye Cheryomushki i na Korovy Valu. Ukupna dužina je 30,6 km, greške se javljaju tijekom prijenosa ključa, ali njihov postotak 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. kolovoza 2016. s lansirnog mjesta Jiu Quan. Satelit težak 600 kg letjet će 2 godine u orbiti koja je sinkrona po Suncu, visokoj 310 milja (ili 500 km) u sklopu programa "Kvantni eksperimenti na kozmičkoj skali". Period okretanja uređaja oko Zemlje je sat i pol.
Kvantni komunikacijski satelit zove se Micius, ili "Mo-Tzu", prema filozofu koji je živio u 5. stoljeću nove ere. i, kako se uobičajeno vjeruje, prvi koji je proveo optičke eksperimente. Znanstvenici će proučavati mehanizam kvantne isprepletenosti i provesti kvantnu teleportaciju između satelita i laboratorija u Tibetu.
Potonji prenosi kvantno stanje čestice na zadanu udaljenost. Za provedbu ovog procesa potreban je par isprepletenih (drugim riječima, povezanih) čestica smještenih 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 pružitiutjecaj na česticu koja se nalazi u dubokom svemiru, utječući na partnera, koji je u blizini, u laboratoriju.
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 osigurati sveprisutnost kvantnog interneta, već i kvantne komunikacije u svemiru za buduća naselja na Marsu i Mjesecu.
Zašto su nam potrebni takvi sateliti
Ali zašto bi uopće trebao 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 prijenosa podataka. Uz njegovu pomoć, primjerice, već je osigurana sigurnost tijekom parlamentarnih izbora 2007. u Švicarskoj.
Battelle Memorial Institute, neprofitna istraživačka organizacija, razmjenjuje informacije između ogranaka u SAD-u (Ohio) i Irskoj (Dublin) koristeći kvantno zapletanje. Njegov princip temelji se na ponašanju fotona - elementarnih čestica svjetlosti. Uz njihovu pomoć, informacije se kodiraju i šalju primatelju. Teoretski, čak i najpažljiviji pokušaj smetnji ostavit će trag. Kvantni ključ će se odmah promijeniti, a pokušaj hakera završit će s besmislenim skupom znakova. Stoga se svi podaci koji će se prenositi ovim komunikacijskim kanalima ne mogu presresti ili kopirati.
Satelitpomoći će znanstvenicima testirati distribuciju ključeva između zemaljskih stanica i samog satelita.
Kvantna komunikacija u Kini bit će implementirana zahvaljujući optičkim kabelima ukupne duljine 2 tisuće km i ujedinjujući 4 grada od Šangaja do Pekinga. Niz fotona ne može se prenositi beskonačno, a što je veća udaljenost između postaja, veća je vjerojatnost da će informacije biti oštećene.
Nakon određene udaljenosti, signal blijedi, a znanstvenici trebaju način ažuriranja signala svakih 100 km kako bi održali ispravan prijenos informacija. U kablovima se to postiže kroz provjerene čvorove, gdje se ključ analizira, kopira novim fotonima i ide dalje.
Malo povijesti
Godine 1984. Brassard J. sa Sveučilišta u Montrealu i Bennet C. iz IBM-a sugerirali su da se fotoni mogu koristiti u kriptografiji za dobivanje sigurnog temeljnog kanala. Predložili su jednostavnu shemu za kvantnu redistribuciju ključeva za šifriranje, koja se zvala BB84.
Ova shema koristi kvantni kanal kroz koji se prenose informacije između dva korisnika u obliku polariziranih kvantnih stanja. Haker koji prisluškuje mogao bi pokušati izmjeriti te fotone, ali ne može to učiniti, kao što je gore spomenuto, a da ih ne izobliči. Godine 1989., u IBM-ovom istraživačkom centru, Brassard i Bennet stvorili su prvi kvantni kriptografski sustav koji radi na svijetu.
Što radi kvantno-optičkikriptografski sustav (KOKS)
Glavne tehničke karakteristike COKS-a (stopa pogrešaka, brzina prijenosa podataka, itd.) određene su parametrima elemenata koji tvore kanale koji formiraju, prenose i mjere kvantna stanja. COKS se obično sastoji od prijamnih i odašiljačkih dijelova, koji su povezani prijenosnim kanalom.
Izvori zračenja podijeljeni su u 3 klase:
- laseri;
- mikrolaseri;
- diode koje emitiraju svjetlost.
Za prijenos optičkih signala, svjetlovodne LED diode se koriste kao medij, kombinirane u kablovima različitih dizajna.
Priroda kvantne tajnosti komunikacije
Prelazeći od signala u kojima su odaslane informacije kodirane impulsima s tisućama 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 sustava unosi promjene u njega, a formaciju koja proizlazi iz takvog mjerenja strana koja prima određuje kao lažna.
Je li kvantna kriptografija 100% otporna na hakiranje?
Teoretski da, ali tehnička rješenja nisu posve pouzdana. Napadači su počeli koristiti lasersku zraku, kojom zasljepljuju kvantne detektore, nakon čega prestaju reagirati nakvantna svojstva fotona. Ponekad se koriste višefotonski izvori, a hakeri mogu preskočiti jedan od njih i izmjeriti identične.
