Разработан новый протокол квантового распределения ключей, обладающий устойчивостью к атакам навязывания

В инженерно-квантовой лаборатории «СФБ Лаб» и Центре квантовых технологий МГУ имени М.В. Ломоносова представили новый протокол квантового распределения ключей (КРК), обладающий устойчивостью к так называемым атакам навязывания. Результаты разработок опубликованы в журнале APL Quantum.

Иван Сущев, ведущий специалист инженерно-квантовой лаборатории ООО «СФБ Лаб» (входит в ГК «ИнфоТеКС»), аспирант Центра квантовых технологий МГУ имени М.В. Ломоносова, представил в статье, как квантовое распределение ключей обеспечивает безопасность связи за счет фундаментальных законов квантовой физики. По мнению автора, на практике некоторые технические несовершенства могут привести к уязвимостям, используемым злоумышленником. Наиболее критичными среди них являются атаки, направленные на детекторы одиночных фотонов (ДОФ).

В обычных системах ДОФ представляют собой лавинные фотодиоды, испытывающие эффект ослепления при подаче интенсивного света. При ослеплении ДОФ злоумышленник, перехватив сигнал, способен направить Бобу (получателю) специально приготовленные импульсы и осуществить навязывание ключа в тех случаях, когда его базисы совпадают с базисами Боба, а значит, выявить весь секретный ключ.

Предложенный новый протокол отличается от традиционных решений тем, что использует бесконечное множество базисов для кодирования квантовых состояний, что существенно затрудняет проведение атак навязывания.

В работе была доказана теоретическая стойкость нового протокола, а также показано, что он остается устойчивым даже при неточном приготовлении квантовых состояний. Практическая реализация протокола возможна с минимальными изменениями уже существующих аппаратных решений, а скорость генерации ключей сопоставима с традиционными методами.

Дополнительным преимуществом нового протокола является отсутствие необходимости постоянной калибровки взаимной ориентации базисов, что особенно полезно при его использовании в космических системах КРК, где передатчики и приемники постоянно меняют свое положение относительно друг друга.

Протокол также перспективен для массовых систем распределения ключей, где требуются простота, низкая стоимость и масштабируемость решения при сохранении высокого уровня безопасности.

Практическая схема для предложенного протокола на поляризационном кодировании. Source – источник горизонтально/вертикально поляризованных фотонов, PRA – вращатель поляризации Алисы, ARNGA –аналоговый генератор случайных чисел Алисы, PRB – вращатель поляризации Боба, ARNGB –аналоговый генератор случайных чисел Боба, PBS – поляризационный светоделитель, Det0 и Det1 – детекторы Боба