Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,969

АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ДОСТУПА К КВАНТОВЫМ КАНАЛАМ СВЯЗИ

Хайров И.Е. Дзейкало А.А. Носков С.В. Серогодский Д.И. Котегов М.Г.
В настоящее время во всем мире ведутся широкомасштабные исследования в области квантовой криптографии, которая обеспечивает высокую надежность и защищенность передаваемой информации по каналам связи. Если злоумышленник попытается перехватить информацию, передаваемую через квантовый канал, то он внесет в нее большое количество ошибок. Это связано с тем, что фотон, несущий информацию, при детектировании разрушается. После этого злоумышленник генерирует новый квант с параметрами, например поляризацией, соответствующими результату его измерения. В ряде случаев поляризация нового кванта не будет совпадать с той, которая использовалась отправителем, что приведет к искажению данных. Наличие искажений будет обнаружено в ходе сверки легальными пользователями некоторого общего отрезка данных.

Системы квантовой криптографии обладают рядом принципиальных особенностей. Во-первых, нельзя заранее сказать, какой из передаваемых битов будет корректно принят получателем, так как этот процесс носит вероятностный характер. Во-вторых, существенной особенностью системы является использование однофотонных оптических импульсов, что сильно снижает скорость передачи по каналу связи. В силу указанных причин квантовый канал связи малопригоден для передачи больших объемов данных, а больше подходит для выработки секретного ключа, который будет использован легальными пользователями для шифрования данных [1, 2].

В идеальных системах квантовой коммуникации непосредственный перехват данных невозможен, так как он достоверно обнаруживается легальными участниками обмена по возникающим ошибкам в передаче. Однако реальные квантово-криптографические системы отличаются от идеальных. Во-первых, аппаратура участников информационного обмена несовершенна, что приводит к появлению ошибок в приемном модуле даже при отсутствии несанкционированного доступа (НСД). В этих обстоятельствах наличие определенного уровня ошибок не должно восприниматься системой как попытка подслушивания. В то же время, наличие собственного фона ошибок позволяет противнику осуществлять перехват, маскируя неизбежно возникающие при этом искажения под собственные ошибки системы. Во-вторых, в реальных линиях передачи существует затухание сигнала, что вынуждает отправителя увеличивать мощность импульса, т.е. число фотонов в нем. Если импульс содержит много фотонов, поляризованных одинаковым образом, то с помощью светоделителя от него можно сделать отвод и тестировать, не искажая основной сигнал. Понятно, что такой перехват следует осуществлять как можно ближе к отправителю - там уровень сигнала выше. Так же затухание сигнала приводит к увеличению общего уровня ошибок, и у злоумышленника увеличиваются шансы замаскировать перехват под собственные ошибки системы. В-третьих, у злоумышленника есть лучшая стратегия перехвата, чем простое угадывание базиса. Дело в том, что законы квантовой механики запрещают лишь идеальное клонирование квантовой системы. При этом возможно получить копию кванта на основе вынужденного излучения. Имея в распоряжении несколько копий кванта злоумышленник может анализировать их поляризацию в двух различных базисах. Конечно, при этом будут возникать ошибки, но их уровень будет ниже, чем при простом угадывании базиса. И если уровень ошибок при перехвате окажется сопоставим с собственным фоном ошибок системы, прослушивание становится возможным. Поэтому в распоряжении злоумышленника всегда есть возможность перехватить какую-то часть передаваемых битов, замаскировав неизбежно сопровождающие такой перехват ошибки под собственные ошибки системы.

Для отсеивания собственных ошибок в реальных системах квантовой криптографии необходимо применять различные протоколы коррекции, а для снижения значимости перехваченных противником битов нужно использовать процедуру усиления секретности. Для этого проще всего вырабатывать несколько блоков ключа, а итоговый рабочий ключ получать побитовым суммированием по модулю 2 этих блоков. Тогда, чтобы наверняка определить хотя бы один бит ключа, злоумышленнику нужно знать соответствующие биты во всех блоках. Другой возможный метод заключается в том, чтобы вырабатывать ключи из сформированного битового вектора с помощью хэш-функций.

Таким образом, в отличие от идеальных, реальные системы квантовой коммуникации не способны обеспечить абсолютную секретность передаваемых данных. Это обусловлено наличием у них фона собственных ошибок, под которые можно замаскировать попытки перехвата, а также затуханием в каналах связи из-за необходимости использования многофотонных импульсов. Последнее делает возможным неразрушающий перехват данных и является практически неустранимым фактором.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Румянцев К.Е., Хайров И.Е., Новиков В.В., Троцюк Е.В. Анализ методов съема информации в квантовом канале связи //Научно-практический журнал "Информационное противодействие угрозам терроризма", - 2004г. №3. С.71-73.
  2. Румянцев К.Е., Хайров И.Е., Новиков В.В. Распределения секретного ключа в оптических сетях с кольцевой топологией методами квантовой криптографии //Известия ТРТУ. Специальный выпуск «Материалы 50-й научной конференции». Таганрог: Издательство ТРТУ, 2004.

Библиографическая ссылка

Хайров И.Е., Дзейкало А.А., Носков С.В., Серогодский Д.И., Котегов М.Г. АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ДОСТУПА К КВАНТОВЫМ КАНАЛАМ СВЯЗИ // Современные наукоемкие технологии. – 2005. – № 6. – С. 33-34;
URL: http://top-technologies.ru/ru/article/view?id=23204 (дата обращения: 25.04.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252