Η κβαντική φυσική προσφέρει έναν εντελώς νέο τρόπο προστασίας των πληροφοριών. Γιατί χρειάζεται, είναι πλέον αδύνατο να δημιουργηθεί ένα ασφαλές κανάλι επικοινωνίας; Φυσικά μπορείτε να. Αλλά οι κβαντικοί υπολογιστές έχουν ήδη δημιουργηθεί και τη στιγμή που θα γίνουν πανταχού παρόντες, οι σύγχρονοι αλγόριθμοι κρυπτογράφησης θα είναι άχρηστοι, αφού αυτοί οι ισχυροί υπολογιστές θα μπορούν να τους σπάσουν σε κλάσματα δευτερολέπτου. Η κβαντική επικοινωνία σάς επιτρέπει να κρυπτογραφείτε πληροφορίες χρησιμοποιώντας φωτόνια - στοιχειώδη σωματίδια.
Τέτοιοι υπολογιστές, έχοντας αποκτήσει πρόσβαση στο κβαντικό κανάλι, με τον ένα ή τον άλλο τρόπο θα αλλάξουν την πραγματική κατάσταση των φωτονίων. Και η προσπάθεια απόκτησης πληροφοριών θα την καταστρέψει. Η ταχύτητα μεταφοράς πληροφοριών είναι, φυσικά, χαμηλότερη από ό,τι με άλλα υπάρχοντα κανάλια, για παράδειγμα, με τηλεφωνικές επικοινωνίες. Αλλά η κβαντική επικοινωνία παρέχει ένα πολύ μεγαλύτερο επίπεδο μυστικότητας. Αυτό, φυσικά, είναι ένα πολύ μεγάλο πλεονέκτημα. Ειδικά στον σημερινό κόσμο όπου το έγκλημα στον κυβερνοχώρο αυξάνεται καθημερινά.
Κβαντική επικοινωνία για ανδρείκελα
Μόλις η αλληλογραφία του περιστεριού αντικαταστάθηκε από τον τηλέγραφο, με τη σειρά του, ο τηλέγραφος αντικαταστάθηκε από το ραδιόφωνο. Φυσικά, σήμερα δεν έχει εξαφανιστεί, αλλά έχουν εμφανιστεί άλλες σύγχρονες τεχνολογίες. Μόλις πριν από δέκα χρόνια, το Διαδίκτυο δεν ήταν τόσο διαδεδομένο όσο είναι σήμερα, και ήταν αρκετά δύσκολο να αποκτήσετε πρόσβαση σε αυτό - έπρεπε να πηγαίνετε σε διαδικτυακά κλαμπ, να αγοράζετε πολύ ακριβές κάρτες κ.λπ. Σήμερα, δεν ζούμε ώρα χωρίς Διαδίκτυο και ανυπομονούμε για 5G.
Αλλά το επόμενο νέο πρότυπο επικοινωνίας δεν θα λύσει τα προβλήματα που αντιμετωπίζει τώρα η οργάνωση της ανταλλαγής δεδομένων μέσω του Διαδικτύου, η λήψη δεδομένων από δορυφόρους από οικισμούς σε άλλους πλανήτες κ.λπ. Όλα αυτά τα δεδομένα πρέπει να προστατεύονται με ασφάλεια. Και αυτό μπορεί να οργανωθεί χρησιμοποιώντας τη λεγόμενη κβαντική εμπλοκή.
Τι είναι ένας κβαντικός δεσμός; Για τα «ανδρείκελα» αυτό το φαινόμενο εξηγείται ως σύνδεση διαφορετικών κβαντικών χαρακτηριστικών. Διατηρείται ακόμη και όταν τα σωματίδια χωρίζονται μεταξύ τους σε μεγάλη απόσταση. Κρυπτογραφημένο και μεταδιδόμενο χρησιμοποιώντας κβαντική εμπλοκή, το κλειδί δεν θα παρέχει καμία πολύτιμη πληροφορία στους κροτίδες που προσπαθούν να το αναχαιτίσουν. Το μόνο που θα πάρουν είναι άλλοι αριθμοί, καθώς η κατάσταση του συστήματος, με εξωτερική παρέμβαση, θα αλλάξει.
Αλλά δεν ήταν δυνατό να δημιουργηθεί ένα παγκόσμιο σύστημα μετάδοσης δεδομένων, γιατί μετά από μερικές δεκάδες χιλιόμετρα το σήμα έσβησε. Ο δορυφόρος, που εκτοξεύτηκε το 2016, θα βοηθήσει στην εφαρμογή ενός συστήματος κβαντικής μεταφοράς κλειδιού σε αποστάσεις άνω των 7.000 km.
Πρώτες επιτυχημένες προσπάθειες χρήσης της νέας σύνδεσης
Το πρώτο πρωτόκολλο κβαντικής κρυπτογραφίας αποκτήθηκε το 1984δ. Σήμερα, η τεχνολογία αυτή χρησιμοποιείται με επιτυχία στον τραπεζικό τομέα. Γνωστές εταιρείες προσφέρουν κρυπτοσυστήματα που έχουν δημιουργήσει.
Η κβαντική γραμμή επικοινωνίας πραγματοποιείται σε ένα τυπικό καλώδιο οπτικών ινών. Στη Ρωσία, το πρώτο ασφαλές κανάλι δημιουργήθηκε μεταξύ των υποκαταστημάτων της Gazprombank στο Novye Cheryomushki και στο Korovy Val. Το συνολικό μήκος είναι 30,6 km, συμβαίνουν σφάλματα κατά τη μετάδοση του κλειδιού, αλλά το ποσοστό τους είναι ελάχιστο - μόνο 5%.
Η Κίνα εκτοξεύει κβαντικό δορυφόρο επικοινωνιών
Ο πρώτος τέτοιος δορυφόρος στον κόσμο εκτοξεύτηκε στην Κίνα. Ο πύραυλος Long March-2D εκτοξεύτηκε στις 16 Αυγούστου 2016 από τη θέση εκτόξευσης Jiu Quan. Ένας δορυφόρος βάρους 600 κιλών θα πετάξει για 2 χρόνια σε μια ηλιακή-σύγχρονη τροχιά, ύψους 310 μιλίων (ή 500 km) ως μέρος του προγράμματος «Quantum Experiments on a Cosmic Scale». Η περίοδος περιστροφής της συσκευής γύρω από τη Γη είναι μιάμιση ώρα.
Ο δορυφόρος κβαντικών επικοινωνιών ονομάζεται Micius, ή "Mo-Tzu", από το όνομα ενός φιλοσόφου που έζησε τον 5ο αιώνα μ. Χ. και, όπως συνήθως πιστεύεται, ο πρώτος που διεξήγαγε οπτικά πειράματα. Οι επιστήμονες πρόκειται να μελετήσουν τον μηχανισμό της κβαντικής εμπλοκής και να πραγματοποιήσουν κβαντική τηλεμεταφορά μεταξύ ενός δορυφόρου και ενός εργαστηρίου στο Θιβέτ.
Το τελευταίο μεταδίδει την κβαντική κατάσταση του σωματιδίου σε μια δεδομένη απόσταση. Για την υλοποίηση αυτής της διαδικασίας, χρειάζεται ένα ζεύγος μπερδεμένων (με άλλα λόγια, συνδεδεμένων) σωματιδίων που βρίσκονται σε απόσταση μεταξύ τους. Σύμφωνα με την κβαντική φυσική, είναι σε θέση να συλλάβουν πληροφορίες για την κατάσταση ενός συντρόφου, ακόμη και όταν βρίσκονται μακριά ο ένας από τον άλλο. Δηλαδή μπορείς να παρέχειςπρόσκρουση σε ένα σωματίδιο που βρίσκεται στο βαθύ διάστημα, επηρεάζοντας τον σύντροφό του, ο οποίος βρίσκεται κοντά, στο εργαστήριο.
Ο δορυφόρος θα δημιουργήσει δύο μπερδεμένα φωτόνια και θα τα στείλει στη Γη. Εάν η εμπειρία είναι επιτυχημένη, θα σηματοδοτήσει την αρχή μιας νέας εποχής. Δεκάδες τέτοιοι δορυφόροι θα μπορούσαν όχι μόνο να παρέχουν την πανταχού παρουσία του κβαντικού διαδικτύου, αλλά και κβαντικές επικοινωνίες στο διάστημα για μελλοντικούς οικισμούς στον Άρη και τη Σελήνη.
Γιατί χρειαζόμαστε τέτοιους δορυφόρους
Αλλά γιατί χρειάζεσαι έναν κβαντικό δορυφόρο επικοινωνίας; Δεν επαρκούν ήδη οι συμβατικοί δορυφόροι; Το γεγονός είναι ότι αυτοί οι δορυφόροι δεν θα αντικαταστήσουν τους συνηθισμένους. Η αρχή της κβαντικής επικοινωνίας είναι να κωδικοποιεί και να προστατεύει τα υπάρχοντα συμβατικά κανάλια μετάδοσης δεδομένων. Με τη βοήθειά του, για παράδειγμα, παρείχε ήδη ασφάλεια κατά τις βουλευτικές εκλογές το 2007 στην Ελβετία.
Το Battelle Memorial Institute, ένας μη κερδοσκοπικός ερευνητικός οργανισμός, ανταλλάσσει πληροφορίες μεταξύ κεφαλαίων στις ΗΠΑ (Οχάιο) και στην Ιρλανδία (Δουβλίνο) χρησιμοποιώντας κβαντική εμπλοκή. Η αρχή του βασίζεται στη συμπεριφορά των φωτονίων - στοιχειωδών σωματιδίων φωτός. Με τη βοήθειά τους, οι πληροφορίες κωδικοποιούνται και αποστέλλονται στον παραλήπτη. Θεωρητικά, ακόμη και η πιο προσεκτική προσπάθεια παρέμβασης θα αφήσει σημάδι. Το κβαντικό κλειδί θα αλλάξει αμέσως και ένας απόπειρα χάκερ θα καταλήξει με ένα σύνολο χαρακτήρων χωρίς νόημα. Επομένως, όλα τα δεδομένα που θα μεταδοθούν μέσω αυτών των καναλιών επικοινωνίας δεν μπορούν να υποκλαπούν ή να αντιγραφούν.
Δορυφόροςθα βοηθήσει τους επιστήμονες να δοκιμάσουν την κατανομή των κλειδιών μεταξύ των επίγειων σταθμών και του ίδιου του δορυφόρου.
Η κβαντική επικοινωνία στην Κίνα θα υλοποιηθεί χάρη στα καλώδια οπτικών ινών συνολικού μήκους 2 χιλιομέτρων που ενώνουν 4 πόλεις από τη Σαγκάη έως το Πεκίνο. Σειρές φωτονίων δεν μπορούν να μεταδοθούν επ' αόριστον και όσο μεγαλύτερη είναι η απόσταση μεταξύ των σταθμών, τόσο μεγαλύτερη είναι η πιθανότητα να καταστραφούν οι πληροφορίες.
Μετά από μια ορισμένη απόσταση, το σήμα εξασθενεί και οι επιστήμονες χρειάζονται έναν τρόπο να ενημερώνουν το σήμα κάθε 100 χλμ. προκειμένου να διατηρηθεί η σωστή μετάδοση πληροφοριών. Στα καλώδια, αυτό επιτυγχάνεται μέσω αποδεδειγμένων κόμβων, όπου το κλειδί αναλύεται, αντιγράφεται από νέα φωτόνια και προχωρά.
Λίγη ιστορία
Το 1984, ο Brassard J. του Πανεπιστημίου του Μόντρεαλ και ο Bennet C. της IBM πρότειναν ότι τα φωτόνια θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν στην κρυπτογραφία για την απόκτηση ενός ασφαλούς θεμελιώδους καναλιού. Πρότειναν ένα απλό σχήμα για την κβαντική ανακατανομή των κλειδιών κρυπτογράφησης, το οποίο ονομάστηκε BB84.
Αυτό το σχήμα χρησιμοποιεί ένα κβαντικό κανάλι μέσω του οποίου μεταδίδονται πληροφορίες μεταξύ δύο χρηστών με τη μορφή πολωμένων κβαντικών καταστάσεων. Ένας χάκερ που κρυφακούει μπορεί να προσπαθήσει να μετρήσει αυτά τα φωτόνια, αλλά δεν μπορεί να το κάνει, όπως αναφέρθηκε παραπάνω, χωρίς να τα παραμορφώσει. Το 1989, στο Ερευνητικό Κέντρο της IBM, οι Brassard και Bennet δημιούργησαν το πρώτο λειτουργικό κβαντικό κρυπτογραφικό σύστημα στον κόσμο.
Τι σημαίνει ένα κβαντικό-οπτικόκρυπτογραφικό σύστημα (KOKS)
Τα κύρια τεχνικά χαρακτηριστικά του COKS (ρυθμός σφάλματος, ρυθμός μεταφοράς δεδομένων κ.λπ.) καθορίζονται από τις παραμέτρους των στοιχείων σχηματισμού καναλιών που σχηματίζουν, εκπέμπουν και μετρούν κβαντικές καταστάσεις. Συνήθως το COKS αποτελείται από μέρη λήψης και μετάδοσης, τα οποία συνδέονται μέσω ενός καναλιού μετάδοσης.
Οι πηγές ακτινοβολίας χωρίζονται σε 3 κατηγορίες:
- λέιζερ;
- microlasers;
- δίοδοι εκπομπής φωτός.
Για τη μετάδοση οπτικών σημάτων, τα LED οπτικών ινών χρησιμοποιούνται ως μέσο, συνδυασμένα σε καλώδια διαφόρων σχεδίων.
Η φύση του μυστικού της κβαντικής επικοινωνίας
Μετάβαση από τα σήματα στα οποία οι μεταδιδόμενες πληροφορίες κωδικοποιούνται από παλμούς με χιλιάδες φωτόνια σε σήματα στα οποία, κατά μέσο όρο, υπάρχουν λιγότερα από ένα ανά παλμό, μπαίνουν στο παιχνίδι κβαντικοί νόμοι. Είναι η χρήση αυτών των νόμων με την κλασική κρυπτογραφία που επιτυγχάνει τη μυστικότητα.
Η Αρχή της Αβεβαιότητας Heisenberg χρησιμοποιείται σε κβαντικές κρυπτογραφικές συσκευές και χάρη σε αυτήν, οποιεσδήποτε προσπάθειες αλλαγής του κβαντικού συστήματος επιφέρουν αλλαγές σε αυτό και ο σχηματισμός που προκύπτει από μια τέτοια μέτρηση καθορίζεται από τον παραλήπτη ως ψευδής.
Είναι η κβαντική κρυπτογραφία 100% ανθεκτική;
Θεωρητικά ναι, αλλά οι τεχνικές λύσεις δεν είναι απολύτως αξιόπιστες. Οι επιτιθέμενοι άρχισαν να χρησιμοποιούν μια δέσμη λέιζερ, με την οποία τυφλώνουν τους κβαντικούς ανιχνευτές και μετά σταματούν να ανταποκρίνονταικβαντικές ιδιότητες φωτονίων. Μερικές φορές χρησιμοποιούνται πηγές πολλών φωτονίων και οι χάκερ μπορεί να μπορούν να παραλείψουν μία από αυτές και να μετρήσουν πανομοιότυπες.
