Какие условия должны соблюдаться при применении технологии квантовой криптографии? Каковы коммерческие перспективы этой технологии? Каким образом обеспечивается безопасность информации при использовании данного метода ее передачи? О принципе квантового распределения ключа, коммерческой составляющей квантовых технологий и информационной безопасности рассказывает доктор физико-математических наук Сергей Кулик.
В середине прошлого века одновременно в России и в Соединенных Штатах Америки был установлен абсолютно секретный способ общения. Для его реализации нужно выполнить три условия. Первое условие состоит в том, что ключ (известная последовательность символов, которая закрывает информацию) должен быть абсолютно случайным. Длина этого ключа должна быть не меньше, чем длина закрываемого сообщения. И ключ должен использоваться один раз. Это довольно сильные условия, хотя так или иначе их можно реализовать на практике. Всем известна по литературе и фильму история с немецкой шифровальной машиной «Энигма», которую вскрыли именно потому, что ключ использовался неоднократно. Из этих трех условий наиболее сильным является условие однократного использования ключа.
Первый аспект — малое количество квантов, которое излучается. Второй аспект — фундаментальный запрет на копирование информации. Это значит, что если вы заранее не знаете, какое состояние фотона передается, то никакими способами вы не можете сделать так, чтобы, измерив этот фотон, вы излучали два идентичных. Почему два? Потому что с точки зрения подслушивания вам нужно один взять себе, чтобы расшифровать информацию, а второй отправить пользователю, чтобы он не догадался, что его подслушивают. Это запрещено фундаментальными законами квантовой механики. На этих двух положениях, где второе наиболее сильное, построен принцип квантового распределения ключа. Чтобы понять, что происходит при технологии квантового распределения ключа, лучшей моделью является следующая: у двух сторон, которые хотят пообщаться закрытым образом, есть случайные наборы чисел — те самые наборы, из которых потом можно сделать секретные ключи. Нужно придумать процедуру, которая фильтрует эти последовательности. То есть если мы наложим одну на другую, то они будут иногда совпадать (0 совпадет с 0, 1 совпадет с 1), но в 50% случаев совпадения не будет. Каким-то образом надо просто выкинуть те события, которые отвечают несовпадающим значениям битов — 0 и 1. Чтобы это сделать, была придумана процедура, основанная на том, что перехватывающая сторона не получает никакой информации, а если она получает такую информацию, то это становится известно передающим и получающим сторонам. Эта процедура называется квантовой криптографией.
Любой протокол квантового распределения ключа, которых известно на сегодняшний день около десятка, как неотъемлемую часть содержит принципиальную величину — критический процент ошибок. Что это означает? После обмена информацией в виде бит, которые записаны на фотонах, две легитимных стороны открывают часть этой последовательности и проверяют количество ошибок. Потом они, естественно, эту часть выкидывают с целым ключом из общей последовательности. Но, проверив, какая часть ошибок находится в открытой части, они могут достоверно сказать, просто по вероятности, является ли тот массив данных, который у них остался, пригодным для дальнейшей обработки, то есть чистки, или нет. Если процент ошибок превосходит критический, тогда общение считается несекретным.
Сергей Кулик, доктор физико-математических наук, профессор, заведующий лабораторией квантовой информации и квантовой оптики кафедры квантовой электроники физического факультета МГУ.
ПостНаука
Электронно-цифровые подписи мы используем повсеместно. Это действительно один из самых простых, универсальных и надежных способов гарантировать наше авторство на какой-либо цифровой контент в цифровом мире. Однако, как было показано Питером Шором, квантовые компьютеры дают ускорение в решении ряда математических задач, в частности в решении задачи факторизации. Таким образом, квантовый компьютер может стать угрозой для инфраструктуры электронно-цифровых подписей. Физик Алексей Федоров о квантовых технологиях, принципе блокчейна и электронно-цифровых подписях.
Каждый день мы пользуемся банковскими картами и даже не подозреваем, как легко с них украсть деньги. На лекции вы узнаете простейшие способы защиты денежного кусочка пластика.
Квантовый мир очень далек от нашего, поэтому его законы часто кажутся нам странными и контринтуитивными. Однако важные новости из квантовой физики приходят буквально каждый день, так что иметь о них правильное представление сейчас необходимо — иначе работа физиков в наших глазах превращается из науки в магию и обрастает мифами. На наши вопросы о том, что это значит, отвечал сотрудник РКЦ, заведующий лабораторией сверхпроводящих материалов Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» и профессор Технологического института Карлсруэ Алексей Устинов.
Физики из Массачусетского технологического института и Инсбрукского университета создали квантовый компьютер, допускающий масштабирование при выполнении алгоритма Шора. Алгоритм Питера Шора — это квантовый алгоритм разложения чисел на простые множители, то есть факторизации. Суть алгоритма заключается в сведении задачи факторизации к поиску периода функции.
Даже если слово «квантовый» не пугает вас, квантовые компьютеры все еще остаются скорее причудливыми концепциями научной фантастики, нежели реальностью. Однако последние достижения в этой области предполагают, что эти безумно быстрые компьютеры могут появиться раньше, чем мы думаем. Соблазном квантовых компьютеров является их способность решать почти неразрешимые проблемы — настолько сложные проблемы, что для их решения современным компьютерам потребовались бы десятилетия. В теории квантовый компьютер сможет решить эти вопросы, пока вы пьете утренний кофе.
Как устроена технология блокчейн и каковы ее перспективы? Сколько криптовалют будет через 15 лет? Как, вообще, может существовать валюта, не привязанная к золотому запасу какой-либо страны? Об этом расскажет Владимир Соколов — заведующий лабораторией Международного института экономики и финансов НИУ ВШЭ.
RSA (аббревиатура от фамилий Rivest, Shamir и Adleman) — криптографический алгоритм с открытым ключом, основывающийся на вычислительной сложности задачи факторизации больших целых чисел. Алгоритм используется в большом числе криптографических приложений, включая PGP, S/MIME, TLS/SSL, IPSEC/IKE и других.
Сергей Ениколопов, Иван Чижов, Владимир Анашин, Алексей Семихатов
На грани безумия
Ещё в древнем Риме Гай Юлий Цезарь, который совершенно не доверял гонцам, опасаясь что те прочтут его письма, прибегал к шифрам. Для того, чтобы избежать вероятности того, что гонец всё же осмелится и захочет прочесть послание Цезаря, он, отправляя письма генералам, менял каждую букву A на D, каждую B на E, и так далее. И лишь те, кто знал правило «сдвига на 3» мог расшифровать его послание. Проблема защиты информации и сегодня является наверное одной из самых актуальных. Шифрованием, кодированием и многими другими методами, созданными для обеспечения конфиденциальности информации занимается одна из древнейших наук — криптография. Какие шифры бывают и есть ли системы шифрования, которые невозможно взломать и раскрыть? Какие методы и системы защиты информации использует криптография? Как можно защитить себя от атаки хакеров?