Поделиться
Россия и Китай создали защищенный спутниковый квантовый канал связи длиной 3800 км
Растущая угроза кибератак и утечки данных выявила уязвимость традиционных криптографических методов. В ответ на этот вызов появилась квантовая безопасная связь как революционное решение, которое обещает несокрушимое шифрование и беспрецедентную защиту данных. Используя принципы квантовой механики, эта технология способна изменить ландшафт безопасной связи. В журнале Optics Express вышла статья российских и китайских ученых о результатах эксперимента, в котором они установили квантово защищенную связь между наземными станциями в Звенигороде и Наньшане. Затем исследователи обменялись изображениями. Сделано это было с помощью спутника «Мо-цзы», который находится на орбите с 2016 г.Защищенный канал связи
Ученые из Университета Национального исследовательского технологического университета (МИСиС), Российского квантового центра и QSpace Technologies смогли передать информацию на 3,8 тыс. км китайским коллегам. Для этого они собрали и настроили специальную станцию в Звенигороде. Для связи со спутником «Мо-цзы» они использовали два телескопа, а для обработки и анализа оптических сигналов - особую систему.
Изначально ученые обменялись квантовым ключом в 310 КБ, а затем передали друг другу зашифрованные изображения размером 256х64 бит. Предложенная ими схема предполагает низкие потери и высокую скорость передачи информации, поэтому может получить дальнейшее использование. Собранные в процессе организации канала данные будут использованы для дальнейшего развития квантовой связи и, прежде всего, спутниковой, которая пока не используется в коммерческих целях.
Конечно, этого мало для массового внедрения спутниковой связи с квантовой защитой. Пока что крупным компаниям приходится полагаться на оптоволоконные линии для квантовой связи. Однако в будущем эта технология станет доступнее. Например, китайский Jinan 1, который вышел на орбиту в 2022 г., уже может передавать квантовые ключи в два-три раза быстрее «Мо-цзы».
Спутник «Мо-цзы»
«Мо-цзы», Quantum Science Satellite, QUESS, Mozi является первым спутником в мире, который предназначен для квантовой передачи информации на Землю. Спутник является проектом Китайской академии наук при участии Австрийской академии наук. Общая стоимость оценивается около $100 млн. Первый полет состоялся 16 августа 2016 г.
Спутник предназначен для демонстрации экспериментов по квантовой телепортации, распределению запутанности, квантовому распределению ключей (QKD) и квантово-защищенной связи в глобальном масштабе. По данным из статьи Optics Express, результаты открывают путь к рассмотрению реалистичного несовершенства QKD-систем, что важно в контексте их практической безопасности.
Квантово защищенная связь
По информации издания ТАСС, в России первую линию квантовой связи запустили ещё в 2017 г. В Китае ученые активнее работают в этом направлении. Например, с помощью защищенной наземной квантовой линии связи была организована диспетчеризация энергогенерирующих мощностей на побережье по командам из Пекина. Для организации глобальной квантовой сети удобно использовать спутники с лазерными каналами, что было реализовано в недавнем российско-китайском эксперименте.
Едва ли проходит неделя без сообщений о новом мегавзломе, в результате которого стали известны огромные объемы конфиденциальной информации от данных кредитных карт и медицинских карт до ценной интеллектуальной собственности компаний. Угроза кибератак заставляет правительства, военные и компании искать более безопасные способы передачи информации.
На апрель 2024 г. конфиденциальные данные обычно шифруются, а затем передаются по оптоволоконным кабелям и другим каналам вместе с цифровыми ключами, необходимыми для расшифровки информации. Данные и ключи передаются в виде классических битов - потока электрических или оптических импульсов, представляющих собой 1 и 0, это и делает их уязвимыми. Хакеры могут читать и копировать биты в процессе передачи, не оставляя следов.
Квантовая связь использует законы квантовой физики для защиты данных. Эти законы позволяют частицам принимать состояние суперпозиции, что означает, что они могут представлять несколько комбинаций 1 и 0 одновременно. Такие частицы называются квантовыми битами, или кубитами.
Прелесть кубитов с точки зрения кибербезопасности заключается в том, что если хакер попытается наблюдать за ними во время передачи, то их суперхрупкое квантовое состояние схлопнется до 1 или 0. Это означает, что хакер не сможет вмешаться в работу кубитов, не оставив после себя следов деятельности.
На 2024 г. некоторые компании воспользовались этим свойством, чтобы создать сети для передачи особо важных данных, основанные на процессе, называемом квантовым распределением ключей, или QKD.
Квантовый ретранслятор
Материалы в кабелях могут поглощать фотоны, а это значит, что обычно они могут распространяться не более чем на несколько десятков километров. В классических сетях ретрансляторы в разных точках кабеля используются для усиления сигнала, чтобы компенсировать это.
QKD-сети предлагают аналогичное решение, создавая «доверенные узлы» в различных точках. Например, в сети Пекин-Шанхай их 32, об этом сообщил глава телекоммуникационной компании China Unicom Лю Лехун (Liu Lehong). На этих станциях квантовые ключи расшифровываются в биты, а затем зашифровываются в новое квантовое состояние для путешествия к следующему узлу. Но это означает, что доверенным узлам нельзя доверять: хакер, нарушивший защиту узлов, может незаметно скопировать биты и таким образом получить ключ, как и компания или правительство, управляющие узлами.
Протокол B92
Протоколы квантовой защиты, такие как BB84 и B92, используют принципы квантовой механики для создания безопасных и нерушимых каналов связи. Эти протоколы используют свойства кубитов и их поведение для обеспечения конфиденциальности и целостности передаваемой информации.
Протокол B92, разработанный Чарльзом Беннетом (Charles Bennett) в 1992 г., - это еще один протокол квантового распределения ключей, который фокусируется на обнаружении попыток подслушивания, а не на создании защищенного ключа. Протокол B92 проще, чем BB84, что делает его более подходящим для определенных сценариев. Протокол выгоден в сценариях, где создание безопасного ключа не является основной целью, а важно обнаружить присутствие подслушивающего устройства.
Короткая ссылка
