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