Принципы квантовой криптографии и перспективы развития Е. Гомонай Национальный технический университет Украины «КПИ»

План Принципы квантовой механики Идея квантовой криптографии Возможные атаки Перспективы 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. Энигма

Распределение ключей

Бит Кубит Qubit = Quantum bit

Измерение состояния p 0 =1 p 1 =0 p 0 =1/2 0 p 1 =1/2 ? BA

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 хакера Коррекция ошибок ключ

Квантовая атака: подмена p 0 1 p 1 0 A B X Ошибка в 25% случаев, детектируется

Перепутанные (несепарабельные) Альтернативный подход Сепарабельные

1 A 0 B 0 A 1 B A B AB

Перепутанные состояния

Полезные свойства Внутренние (квантовые) корреляции: P A (0)=P B (1) Внешняя стохастичность P A (0)=P A (1)=1/2 Хрупкость при измерении

Обмен квантовой информацией ОригиналПерепутанная 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 атакам 3- физическая утечка (оптическая петля)

Типы квантовых атак «Украсть» лишний фотон: Перехватить сигнал+ подмена Добавить вспомогательную частицу Отражаются на квантовом уровне

Защищенность протоколов Разрушающее измерение (считывание) Принцип неопределенности Перепутанность Низкий уровень шумов

Физическая атака Детектор!

Детектирование 1 фотона

Хакеры Nature Photonics 4, (2010) Hacking commercial quantum cryptography systems by tailored bright illumination Lars Lydersen, Carlos Wiechers, Christoffer Wittmann, Dominique Elser, Johannes Skaar & Vadim Makarov /qcr/hacking-commercial-quantum- cryptography-2010/

Идея «ослепления»

Инструкция для хакера

Перспективы развития Протоколы на когерентных состояниях (супераддитивность канала) Прямой секретный обмен сообщениями Увеличение дальности Передача 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 фотонов Модификация – фазы Е92 – перепутанные состояния COW – когерентные состояния

Квантовая коровка, COW DBDB DM1DM1 DM2DM D Считывание Клик! Проверка: Клик! DM1DM1 DM1DM1

Протокол Е92: перепутанные состояния А В Кодирование Считывание |0 A |0 B + |1 A |1 B |0 A |1 B + |1 A |0 B