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
- 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.
- 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.