Листровая О.В., Топалиди С.В.

Студентки ОСПНАУ Славянского колледжа Национального авиационного университета, Украина

Квантовая криптография: принципы работы, перспективы использования

На сегодняшний день главная ценность современного общества – это информация, поэтому актуальной становится проблема сохранения и конфиденциальности соответствующей информации. При передаче она становится уязвимой, так как ее может перехватить злоумышленник. Технологии, основанные на законах квантовой механики, позволят обеспечить полную сохранность информации.

Цель статьи – описать принципы работы квантовой криптографии и проанализировать перспективы ее использования.

Исторически под криптографией понималось искусство тайнописи – превращение осмысленного текста в непонятный шифр с целью защиты его от посторонних глаз [1,c.139]. Так С.Килин, А.Низовцев, Д.Хорошко, определили криптографию как науку, изучающую методы защиты информации, основанные исключительно на варьировании способа ее записи [1,c.140]. Классическая криптография (В.Нечаев, Б.Рябко, А.Фионов, Б.Шнайпер и др.) основана на секретности ключа, которым шифруется информация. Передача сообщения защищена, если используется уникальный ключ, который генерируется случайным образом, а его длина равна или больше длины передаваемого сообщения. Чтобы добиться полной секретности нужно решить проблему распределения ключа. Существует два варианта: открытое распределение ключа и квантовое распределение ключа.

В 1970-х появились системы с открытым ключом. На сегодняшний день используются протокол обмена ключом Диффи-Хеллмэна и система шифрования RSA. Такие системы основаны на использовании односторонних функций, у них нет проблемы распределения ключей, но надежность основана на недоказанных математических фактах, таких, как сложность разложения больших целых чисел на простые множители (факторизации) [2,c.39]. Таким образом, как только появятся способы для факторизации больших целых чисел, криптосистемы с открытым ключом станут не безопасными.

Квантовая криптография (Б.Бауместер, Ч.Беннет, Ж.Брассар, С.Визнер, С.Килин, В.Красавин, Д.Хорошко и др.) основана на законах физики, поэтому обеспечивает абсолютно защищенное распределение ключа. Квантовое распределение ключа (КРК) позволяет генерацию двух идентичных реплик ключа у двух удаленных пользователей таким образом, что третья реплика этого ключа не может существовать в природе [1,c.147].

Рассмотрим квантовое распределение ключа. На рис.1 представлены Алиса и Боб – два лица, которые хотят секретно общаться, и Ева – лицо, которое их подслушивает.

Рис.1. Квантовое распределение ключа

Квантовое распределение ключа начинается с пересылки одиночного или перепутанных квантов между Алисой и Бобом [2,c.42]. Исходя из правил квантовой механики, если Ева проведет измерение, то тем самым она изменит состояние передаваемых квантов. После чего Алиса и Боб проверят, пользуясь открытым каналом, искажено ли их сообщение. Если оно было искажено, то они могут возобновить передачу информации.

Идея, лежащая в основе теории защищенного распределения, относится к работе С.Визнера 1970 года. Это идея использования неклонируемости и невозможности точного измерения неизвестного одиночного квантового состояния для создания секретных сообщений, которые уже по своей природе недоступны для чтения перехватчиком без внесения шума [1,c.147].

Как показал анализ, все же существуют возможности неконтролируемого несанкционированного съема информации с квантового канала связи, а также воздействия на фотоприемную аппаратуру законных пользователей не нарушая системы. Тем не менее, выявление таких уязвимостей позволяет совершенствовать систему.

Перспективами развития квантовой связи являются: квантовые повторители, квантовые интерфейсы, квантовая память и квантовые идентификационные карты. На сегодняшний день уже ведутся исследования по этим направлениям. Также ставятся вопросы о построении квантовой системы связи, которая смогла бы обеспечить всемирное покрытие, и создании технологий глобальных коммуникаций, именуемых «квантовый Интернет».

Подводя итоги выше изложенного материала, мы можем сделать вывод, что квантовая криптография довольно перспективная область в информационной безопасности. Квантовая криптография надежней классической, так как, чтобы расшифровать информацию нужно угадать ключ, который генерируется случайно. Классическая же основывается на том, что никто не сможет провести столь сложные вычисления для выявления ключа, но с появлением техники, обладающей достаточной вычислительной мощностью, эта задача станет разрешимой.

Литература:

1. Килин С.Я. Квантовая криптография: идеи и практика / С.Я.Килин, Д.Б.Хорошко, А.П.Низовцев – Беларуская навука, 2007г. – 391с.

2. Бауместер Б. Физика квантовой инфрмации / Д.Бауместер, А.Экерт, А.Цайлингер – М.: Постмаркет, 2002г. – 376с.

3. Венбо Мао. Современная криптография. Теория и практика / М. Венбо. – Modern Cryptography: Theory and Practice. – М.: Вильямс, 2005. – 768 с

4. Рябко Б.Я. Криптографические методы защиты информации / Б.Я.Рябко, А.Н. Фионов – М.: Горячая линия – Телеком, 2013. – 229 c.