Квантовое распределение ключей (КРК) представляет собой передовой и чрезвычайно надежный метод шифрования данных. Он основан на генерации криптографического ключа с помощью случайных последовательностей световых частиц (фотонов). Специальный высокоточный детектор фиксирует и измеряет квантовые состояния этих фотонов, создавая идентичную последовательность битов у отправителя (условно именуемого Алисой) и получателя (Боба). Именно на эти детекторы чаще всего нацелены атаки злоумышленников.
Угроза атак навязывания
Основную опасность представляют так называемые атаки навязывания. В этом случае злоумышленник (Ева) «ослепляет» детектор Боба мощными световыми вспышками. В результате оборудование теряет чувствительность к одиночным фотонам и воспринимает лишь сигналы от Евы. Так создается не случайный ключ безопасности, а предопределенный нарушителем. По сути, Ева успешно подменяет легитимную последовательность своей собственной.
Ограниченность существующих решений
Иван Сущев, аспирант кафедры квантовой электроники физфака МГУ и автор инновационных протоколов шифрования, отмечает сложность обнаружения атак навязывания. Традиционно применяются технические меры, такие как отслеживание изменений системных настроек или контроль входящих сигналов. Однако эти решения часто оказываются неэффективными, так как злоумышленники постоянно совершенствуют свои методы. Необходима универсальная защита, независимая от конкретных действий нарушителя.
Новый подход И. Сущева: ключ в бесконечности
Новаторство предложенной Сущевым методики заключается в использовании не конечного, а бесконечного множества квантовых состояний для формирования ключа. В отличие от стандартных протоколов КРК, работающих с ограниченным набором состояний, новый подход открывает неограниченные возможности. Хотя возникли опасения о возможном несовпадении ключей у Алисы и Боба при случайном выборе из бесконечного множества, исследования подтвердили реальность выработки общего ключа.
Как это повышает безопасность?
Идея отказаться от фиксированных состояний в пользу произвольных привела к важному открытию: выработка общего криптографического ключа все равно возможна! Ключ становится абсолютно случайным и для потенциального нарушителя. Для успешной атаки навязывания Еве требуется точное знание используемых состояний. Если она действует наугад, это неизбежно отражается на наблюдаемых параметрах системы – например, меняется статистика детектирования или появляются ложные срабатывания. Система легко детектирует подобные аномалии, указывающие на атаку, и немедленно прекращает сеанс связи.
Перспективы внедрения
Предложенная И. Сущевым концепция позволяет существенно повысить безопасность существующих систем КРК без обязательного применения дорогостоящего апгрейда оборудования. В планах ученых – тестирование обновленной системы шифрования в рамках квантовой сети МГУ и межуниверситетской инфраструктуры. В ближайшем будущем эта прорывная технология квантовой криптографии может найти применение в критически важных отраслях, таких как здравоохранение и банковская сфера.
Новость подготовлена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ
