Szybkie szyfrowanie kwantami

Dzięki pracom japońskich naukowców kryptografia kwantowa pokonała jedną z ostatnich przeszkód na drodze do upowszechnienia się. Stworzyli oni system, dzięki któremu możliwe jest wykorzystanie kryptografii kwantowej do szyfrowania transmisji wideo. To niezwykle ważny z punktu widzenia praktycznego zastosowania - powiedział Hoi-Kwong Lo, fizyk z University of Toronto.

Obecnie wykorzystywane techniki szyfrowania zakładają, że bez znajomości poufnego klucza poznanie treści zaszyfrowanej wiadomości wymaga tak olbrzymich nakładów czasu i mocy obliczeniowych, że odcyfrowanie jej jest niewykonalne. Jednak nigdy nie ma pewności, że podsłuchujący nie dysponuje odpowiednimi zasobami, pozwalającymi mu w krótkim czasie złamać nasze klucze szyfrujące.

Dlatego też specjaliści zwrócili się w stronę kryptografii kwantowej. Jest ona o tyle bardziej bezpieczna, że samo odczytanie klucza szyfrującego zmienia jego zawartość. A zatem osoby go używające będą natychmiast wiedziały, że są podsłuchiwane, chociaż teoretycznie - o czym informowaliśmy - możliwe jest również podsłuchanie i takiej transmisji.

Poważnym problemem stojącym na przeszkodzie w upowszechnieniu się kryptografii kwantowej była prędkość działania tego typu systemów - zbyt mała, by nadawały się do większości zastosowań. Rozwiązaniem może być najnowsza propozycja Toshiby. Japończycy zastosowali zmodyfikowane półprzewodnikowe fotodiody lawinowe. Gdy do takiej diody dotrze foton, powoduje on powstanie lawiny wyładowań elektrycznych. Tworzenie się takiej lawiny zajmuje jednak sporo czasu, co znacząco ogranicza prędkość pracy detektora. Specjalistom z Toshiby udało się stworzyć diody, które wykrywają mniejsze lawiny niż dotychczas, a zatem działają szybciej. Ponadto same fotodetektory udoskonalono tak, że różnice w długości połączeń optycznych urządzeń nie przekraczały kilku nanometrów. Bez tego cały system zatrzymywałby się co kilka minut, by urządzenia mogły się skalibrować.

Dzięki takim działaniom możliwe było przesyłanie kluczy kwantowych na odległość 50 kilometrów z prędkością megabita na sekundę, a cały system pracował nieprzerwanie przez 36 godzin. Dotychczas możliwe było albo wysyłanie kluczy z prędkością kilku kilkobitów na sekundę, albo przyspieszenie do megabita na sekundę, ale wówczas system działał tylko przez kilka minut.

Przed specjalistami jest jeszcze sporo pracy. Obecnie bowiem informacja szyfrowana kluczem kwantowym musi być odszyfrowywana i ponownie szyfrowana na każdym węźle sieci, co naraża cały system na atak. Ostatecznym celem ekspertów pracujących nad kryptografią kwantową jest doprowadzenie do splątania pomiędzy urządzeniami osób przesyłającymi sobie kwantową wiadomość. To dałoby pewność, że tylko odbiorca będzie w stanie ją odszyfrować. Jednak by tak bezpieczna sieć powstała najpierw muszą zostać skonstruowane regeneratory sygnału (wtórniki). Bez nich komunikacja kwantowa jest bezpieczna tylko pomiędzy węzłami sieci. Same węzły mogą zostać zaatakowane. I, jak zauważa Masahide Sasaki z japońskiego Narodowego Instytutu Technologii Informacyjnej i Komunikacji, który pracował nad nowym systemem, im doskonalsze urządzenia znajdą się w węzłach, tym łatwiej będzie je zaatakować.

kryptografia kwantowa klucz fotodetektor dioda transmisja dystrybucja kwantowych kluczy