Kvantová fyzika nabízí zcela nový způsob ochrany informací. Proč je to potřeba, je nyní nemožné položit bezpečný komunikační kanál? Samozřejmě můžete. Ale kvantové počítače již byly vytvořeny a v okamžiku, kdy se stanou všudypřítomnými, budou moderní šifrovací algoritmy k ničemu, protože tyto výkonné počítače je budou schopny prolomit ve zlomku sekundy. Kvantová komunikace umožňuje šifrovat informace pomocí fotonů - elementárních částic.
Takové počítače, které získají přístup ke kvantovému kanálu, tak či onak změní skutečný stav fotonů. A pokus o získání informací je zkazí. Rychlost přenosu informací je samozřejmě nižší než u jiných v současnosti existujících kanálů, například u telefonické komunikace. Ale kvantová komunikace poskytuje mnohem větší úroveň utajení. To je samozřejmě velmi velké plus. Zvláště v dnešním světě, kde je počítačová kriminalita každým dnem na vzestupu.
Kvantová komunikace pro figuríny
Jakmile byla holubí pošta nahrazena telegrafem, telegraf byl nahrazen rádiem. Dnes to samozřejmě nezmizelo, ale objevily se jiné moderní technologie. Ještě před deseti lety nebyl internet tak rozšířený jako dnes a bylo docela těžké se k němu dostat – bylo třeba chodit do internetových klubů, kupovat si velmi drahé karty atd. Dnes nežijeme hodinu bez internetu a těšíme se na 5G.
Příští nový komunikační standard však nevyřeší problémy, kterým nyní čelí organizace výměny dat pomocí internetu, přijímání dat ze satelitů z osad na jiných planetách atd. Všechna tato data musí být bezpečně chráněna. A to lze organizovat pomocí takzvaného kvantového provázání.
Co je to kvantová vazba? Pro „figuríny“je tento jev vysvětlován jako spojení různých kvantových charakteristik. Je zachována i tehdy, když jsou částice od sebe odděleny na velkou vzdálenost. Klíč, zašifrovaný a přenášený pomocí kvantového provázání, neposkytne žádné cenné informace crackerům, kteří se jej pokusí zachytit. Dostanou pouze jiná čísla, protože stav systému se s externím zásahem změní.
Nebylo ale možné vytvořit celosvětový systém přenosu dat, protože po pár desítkách kilometrů signál vybledl. Satelit, vypuštěný v roce 2016, pomůže implementovat schéma přenosu kvantového klíče na vzdálenosti více než 7 000 km.
První úspěšné pokusy o použití nového připojení
Úplně první protokol kvantové kryptografie byl získán v roce 1984d. Dnes se tato technologie úspěšně používá v bankovním sektoru. Známé společnosti nabízejí kryptosystémy, které vytvořily.
Kvantová komunikační linka je vedena na standardním kabelu z optických vláken. V Rusku byl položen první bezpečný kanál mezi pobočkami Gazprombank v Novye Cheryomushki a na Korovy Val. Celková délka je 30,6 km, chyby se vyskytují při přenosu klíče, ale jejich procento je minimální - pouze 5 %.
Čína vypouští kvantový komunikační satelit
První takový satelit na světě byl vypuštěn v Číně. Raketa Long March-2D byla vypuštěna 16. srpna 2016 z místa startu Jiu Quan. Satelit o hmotnosti 600 kg poletí 2 roky na sluneční synchronní oběžné dráze, 310 mil (nebo 500 km) vysoko v rámci programu „Kvantové experimenty v kosmickém měřítku“. Doba oběhu zařízení kolem Země je jeden a půl hodiny.
Kvantová komunikační družice se nazývá Micius, neboli „Mo-Tzu“, podle filozofa, který žil v 5. století našeho letopočtu. a, jak se obecně věří, první, kdo provedl optické experimenty. Vědci se chystají studovat mechanismus kvantového zapletení a provádět kvantovou teleportaci mezi satelitem a laboratoří v Tibetu.
Ten přenáší kvantový stav částice na danou vzdálenost. K realizaci tohoto procesu je zapotřebí dvojice zapletených (jinými slovy spojených) částic umístěných ve vzájemné vzdálenosti. Podle kvantové fyziky jsou schopni zachytit informace o stavu partnera, i když jsou daleko od sebe. To znamená, že můžete poskytnoutdopad na částici, která je v hlubokém vesmíru, ovlivňující jejího partnera, který je poblíž, v laboratoři.
Satelit vytvoří dva zapletené fotony a pošle je na Zemi. Pokud bude zkušenost úspěšná, bude to znamenat začátek nové éry. Desítky takových satelitů by mohly zajistit nejen všudypřítomnost kvantového internetu, ale také kvantovou komunikaci ve vesmíru pro budoucí osídlení Marsu a Měsíce.
Proč takové satelity potřebujeme
Ale proč vůbec potřebovat kvantový komunikační satelit? Nejsou již existující konvenční satelity dostatečné? Faktem je, že tyto satelity nenahradí ty obvyklé. Principem kvantové komunikace je kódování a ochrana stávajících konvenčních kanálů přenosu dat. S jeho pomocí byla například zajištěna bezpečnost již během parlamentních voleb v roce 2007 ve Švýcarsku.
Nezisková výzkumná organizace Battelle Memorial Institute si vyměňuje informace mezi pobočkami v USA (Ohio) a Irsku (Dublin) pomocí kvantového provázání. Jeho princip je založen na chování fotonů – elementárních částic světla. S jejich pomocí jsou informace zakódovány a odeslány adresátovi. Teoreticky i sebeopatrnější pokus o rušení zanechá stopu. Kvantový klíč se okamžitě změní a pokus o hackera skončí s nesmyslnou znakovou sadou. Proto veškerá data, která budou přenášena prostřednictvím těchto komunikačních kanálů, nemohou být zachycena nebo zkopírována.
Satelitpomůže vědcům otestovat distribuci klíčů mezi pozemními stanicemi a samotným satelitem.
Kvantová komunikace v Číně bude realizována díky optickým kabelům o celkové délce 2 tisíce km spojujících 4 města od Šanghaje po Peking. Série fotonů nelze přenášet donekonečna a čím větší je vzdálenost mezi stanicemi, tím větší je šance, že informace budou poškozeny.
Po určité vzdálenosti signál slábne a vědci potřebují způsob, jak signál každých 100 km aktualizovat, aby byl zachován správný přenos informací. V kabelech je toho dosaženo pomocí osvědčených uzlů, kde je klíč analyzován, zkopírován novými fotony a pokračuje dál.
Trocha historie
V roce 1984 Brassard J. z University of Montreal a Bennet C. z IBM navrhli, že fotony by mohly být použity v kryptografii k získání bezpečného základního kanálu. Navrhli jednoduché schéma pro kvantovou redistribuci šifrovacích klíčů, které se nazývalo BB84.
Toto schéma využívá kvantový kanál, přes který jsou přenášeny informace mezi dvěma uživateli ve formě polarizovaných kvantových stavů. Odposlouchávací hacker by se mohl pokusit tyto fotony změřit, ale nedokáže to, jak je uvedeno výše, bez jejich zkreslení. V roce 1989 vytvořili Brassard a Bennet ve Výzkumném centru IBM první fungující kvantový kryptografický systém na světě.
Co dělá kvantová optikakryptografický systém (KOKS)
Hlavní technické charakteristiky COKS (chybovost, rychlost přenosu dat atd.) jsou určeny parametry prvků tvořících kanál, které tvoří, přenášejí a měří kvantové stavy. COKS se obvykle skládá z přijímacích a vysílacích částí, které jsou propojeny přenosovým kanálem.
Zdroje záření se dělí do 3 tříd:
- lasery;
- mikrolasery;
- diody vyzařující světlo.
Pro přenos optických signálů se jako médium používají optické LED, kombinované v kabelech různých provedení.
Povaha kvantového komunikačního tajemství
Při přechodu od signálů, ve kterých jsou přenášené informace zakódovány pulzy s tisíci fotony, k signálům, ve kterých je v průměru méně než jeden na pulz, vstupují do hry kvantové zákony. Právě použití těchto zákonů s klasickou kryptografií dosahuje utajení.
Heisenbergův princip nejistoty se používá v kvantových kryptografických zařízeních a díky němu jakékoli pokusy o změnu kvantového systému způsobí jeho změny a formace vyplývající z takového měření je přijímající stranou označena jako nepravdivá.
Je kvantová kryptografie 100% odolná proti hackerům?
Teoreticky ano, ale technická řešení nejsou zcela spolehlivá. Útočníci začali používat laserový paprsek, kterým oslepili kvantové detektory, načež přestanou reagovat nakvantové vlastnosti fotonů. Někdy se používají vícefotonové zdroje a hackeři mohou být schopni jeden z nich přeskočit a změřit identické.
