Принципы квантовой криптографии

и перспективы развития

ЕЕ. . ГомонайГомонайНациональный технический университет

Украины «КПИ»

План

Принципы квантовой механикиИдея квантовой криптографииВозможные атакиПерспективы развития

Криптография

Математические методы защиты информации: “кто-то не сможет” или “кто-то не успеет”.

Физические методы защиты информации: “ никто не сможет” и “никто не успеет”.

ЭнигмаЭнигма

Распределение ключей

cos 0 sin 1ie

Бит

1

0

0 1

Кубит

1

0

QubitQubit = = Quantum bitQuantum bit

Измерение состояния

p0=1

p1=0

p0=1/2

0

p1=1/2

?

BA

0

0

0

0

1

Генерация ключа

Общение по классич. каналу

При генерация ключа А и В

Обмениваются фотонами (квантовый канал)Сверяют базисы (классический канал)Сверяют часть кубитов (классический канал)Уровень ошибок наличие хакераКоррекция ошибок ключ

Квантовая атака: подмена

p0 1

p1 0

AB

X

Ошибка в 25% случаев, детектируется

Перепутанные (несепарабельные)

Альтернативный подход

0 1AB A B

10 1 1 0

2AB A B A B

Сепарабельные

1A

0B

0A

1B

10 1 1 0

2AB A B A B

A

B

AB

Перепутанные состояния

Полезные свойства

Внутренние (квантовые) корреляции:

PA(0)=PB(1)

Внешняя стохастичностьPA(0)=PA(1)=1/2

Хрупкость при измерении 1

0 1 1 02AB A B A B

Обмен квантовой информацией

Оригинал Перепутанная пара

Сканирование

Мусор А

В

Копия

Альтернативный протокол: Е92

Анюта Богдан

Источник фотонов

Часы

Rb

ЭОМ

ГСЧ

Поляризатор

Rb

ГСЧ

Часы

Классический канал связи

Безопасность квантовой криптосистемы

1 – стандартная безопасность (надежность оборудования)2- устойчивость к квантовым атакам3- физическая утечка (оптическая петля)

Типы квантовых атак

«Украсть» лишний фотон:

Перехватить сигнал+ подменаДобавить вспомогательную частицу

Отражаются на квантовом уровне

!

nn

nn

p en

Защищенность протоколов

Разрушающее измерение (считывание)Принцип неопределенностиПерепутанностьНизкий уровень шумов

Физическая атака

Детектор!

Детектирование 1 фотона

ХакерыNature Photonics 4, 686 - 689 (2010)

Hacking commercial quantum cryptography systems by tailored bright illumination

Lars Lydersen, Carlos Wiechers, Christoffer Wittmann, Dominique Elser, Johannes Skaar & Vadim Makarov

http://www.iet.ntnu.no/groups/optics/qcr/hacking-commercial-quantum-cryptography-2010/

Идея «ослепления»

Инструкция для хакера

Перспективы развития

Протоколы на когерентных состояниях (супераддитивность канала)Прямой секретный обмен сообщениямиУвеличение дальностиПередача квантовой информации через атмосферу

Тогда спасибо за внимание!

Вопросы есть?

Что, действительно хакнули?

Z L Yuan, J F Dynes and A J Shields. Avoiding the Detector Blinding Attack on Quantum Cryptography

«Зоопарк» протоколов

ВВ84 – поляризация фотоновМодификация – фазыЕ92 – перепутанные состоянияCOW – когерентные состояния

Квантовая коровка, COW

DB

DM1

DM2

- 0

- 1- D

Считывание

Клик!

Проверка:

00+

Клик!

Клик!

DM1

Клик!

DM1

Протокол Е92: перепутанные состояния

А

В

Кодирование

Считывание|0A |0B+ |1A |1B

|0A |1B+ |1A |0B