Yra naujas būdas sulaužyti kvantinę kriptografiją

470906 | Atskleiskite purslą

Didysis kvantinės komunikacijos pažadas yra tobulas privatumas: galimybė perduoti žinią iš vieno visatos taško į kitą taip, kad patys fizikos dėsniai neleistų klausytojui klausytis.

Įsilaužėliams toks pažadas yra tarsi raudona vėliava jaučiui. Nuo tada, kai 2000-ųjų pradžioje buvo prieinamos pirmosios komercinės kvantinės kriptografijos sistemos, žmonės ne kartą bandė jas sunaikinti – sėkmingai. Atakos negailestingai išnaudojo įrangos, naudojamos kvantinei informacijai siųsti, netobulumus. Tai darydami įsilaužėliai parodė, kad net jei fizikos dėsniai užtikrina tobulą saugumą, įranga niekada negali būti tobula. Ir šie trūkumai sukuria spragų, kuriomis galima pasinaudoti.

Kvantiniai fizikai buvo priversti greitai reaguoti, kurdami naujus protokolus, kurie nepriklauso nuo įrangos. Vadinamoji nuo įrenginio nepriklausoma kvantinė kriptografija užtikrina puikų saugumą net tada, kai įranga nėra tobula. Bent jau teoriškai.

Tačiau bauginanti tiesa, susijusi su kvantinės kriptografijos įgyvendinimu, yra ta, kad kažkas kažkur visada gali pamiršti ką nors svarbaus. Ir ši priežiūra leis įsilaužti.

Šiandien Xiao-Ling Pang ir kolegos iš Šanchajaus Jiao Tong universiteto Kinijoje teigia radę vieną iš tų nepastebėtų veiksnių. Dėl šio atradimo komanda sugebėjo nulaužti nuo įrenginio nepriklausomą kvantinę kriptografiją su bauginamai dideliu sėkmės rodikliu.

Pirmiausia šiek tiek fono. Dauguma kvantinio šifravimo sistemų koduoja informaciją naudodamos fotonus. Alisa siunčia fotonus Bobui, kuris juos išmatuoja, kad atskleistų informaciją.

Šis procesas priklauso nuo to, kad kvantinių fotono savybių matavimas visada keičia jo nešamą informaciją. Taigi, jei kuris nors klausytojas įsijungia, Alisa ir Bobas gali pastebėti Ievos buvimą pagal pakeitimus, kuriuos ji pristato pirminėje žinutėje. Jei jie randa pasiklausymo įrodymų, jie pradeda iš naujo. Iš tiesų, jie nuolat siunčia duomenis, kol gali būti tikri, kad niekas jų negirdėjo.

Žinoma, Alisa negali naudoti šios technikos privačiai žinutei siųsti, nes Ievą galima aptikti tik po to, kai ji išklausė. Vietoj to, Alisa ją naudoja, kad išsiųstų Bobui raktą – vienkartinį bloknotą, kurį jis gali naudoti. Norėdami užšifruoti pranešimą ir išsiųsti jį klasikiniu kanalu. Vienkartinis įklotas yra patikimai saugus, jei niekas kitas nežino rakto.

Įvairūs kibernetinio saugumo tyrinėtojai rado būdų, kaip nulaužti tokią sistemą. Trūkumas, kurį jie išnaudojo, yra tas, kad duomenys dažnai užkoduojami fotono poliarizacijoje: vertikaliai poliarizuotas fotonas gali užkoduoti vienas ir horizontalioji poliarizacija a 0 .

Vienas iš įsilaužimų yra į įrangą nukreipti didelės galios lazerį, kad jis atspindėtų viduje esančius poliarizatorius. Atspindžiai atskleidžia orientaciją, naudojamą išeinantiems fotonams poliarizuoti ir koduoti. Ir tai atskleidžia kodą. Norėdami to išvengti, fizikai sukūrė būdus, kaip išvengti šių atspindžių.

Įeina Pangas ir jo kolegos, kurie sako atradę visiškai naują būdą, kaip atakuoti kvantinį ryšį, kuris nesiremia apmąstymais. Naujoji technika paremta efektu, vadinamu injekcijos fiksavimu. Tai lazerio dažnio keitimo būdas į lazerio ertmę įpurškiant kitokio sėklų dažnio fotonus. Jei dažnių skirtumas yra mažas, lazeris galiausiai rezonuoja su sėklų dažniu.

Pang ir co įšvirkščia fotonus į Alisos lazerį, kad jie pakeistų išėjimo dažnį. Tačiau tai veikia tik tuo atveju, jei Pango fotonai gali patekti per poliarizatorių į lazerio ertmę. Siekdami užtikrinti, kad taip nutiktų, Pangas ir bendradarbiai įšvirkščia keturis fotonus, kurių kiekvienas turi skirtingą orientaciją – horizontaliai, vertikaliai ir plius arba minus 45 laipsniais. Tada jie laukia, ar tai nepakeis Alisos išeinančio fotono dažnio. Jei dažnis pasikeičia, tada įeinančio fotono poliarizacija turi atitikti išeinančio fotono poliarizaciją.

Ir tai atskleidžia kodą nematuojant išeinančio fotono poliarizacijos. Tada Pang ir co pakeičia šio fotono dažnį atgal į numatytą dažnį ir nusiunčia jį Bobui, kuris nėra išmintingesnis.

Voilà! Įsilaužimas, atskleidžiantis kvantinę informaciją Ievai be Alisos ar Bobo žinios.

Pangas ir kiti teigia, kad išbandė šį metodą ir gavo puikių rezultatų. Mes parodome, kad Ieva gali valdyti Alisos šaltinį, priversdama jos lazerio rezonansą numatytu dažniu, sako jie. Mes gauname įsilaužimo sėkmės rodiklį, kuris siekia 60,0%.

Tai įdomus darbas, apibūdinantis dar vieną kvantinio įsilaužimo katės ir pelės žaidimo žingsnį.

Akivaizdu, kad kitas žingsnis yra rasti būdų, kaip išvengti injekcijos blokavimo, o Pang ir co padarė pirmuosius bandymus. Jie sako, kad akivaizdi atsakomoji priemonė yra naudoti prietaisus, vadinamus izoliatoriais, kurie leidžia fotonams judėti viena kryptimi, bet ne kita.

Tačiau šie įrenginiai jokiu būdu nėra tobuli. Paprastai jie leidžia fotonams judėti viena kryptimi, bet tik sumažina skaičių, kuris gali keliauti kita.

Pang ir co į savo sąranką įtraukė izoliatorius, kurie sumažina nepageidaujamų fotonų perdavimą iki 3 decibelų. Tai sumažina įsilaužimo sėkmės rodiklį iki 36%, o tai jie apibūdina kaip vis dar labai didelį informacijos nutekėjimą.

Žinoma, nesunku sugalvoti kitų būdų, kaip sumažinti tokio išpuolio efektyvumą. Tačiau čia yra didesnė žinia: vis dar išryškėja nuo įrenginio nepriklausomos kvantinės kriptografijos trūkumai. Pagrindinė žinia, kurią norėtume perduoti, yra ta, kad gali būti daug kitų fizinių spragų, tarkime, Pang ir kt.

Tai svarbi žinia. Įvairios įmonės dabar siūlo komercines kvantinės kriptografijos paslaugas, kurios žada daugiau privatumo, nei pasiekiama naudojant klasikines sistemas. Tikėtina, kad toks darbas jiems ir jų klientams suteiks bemiegių naktų.

Nuoroda: arxiv.org/abs/1902.10423 : įsilaužimas į kvantinį raktų paskirstymą per įpurškimo užraktą

paslėpti