Квантовая криптография — новое слово в шифровании

В квантовой криптографии будет использоваться оптоволокно (фото BBC).

Доктор Эндрю Шилдс (Andrew Shields) и его коллеги из компании Toshiba Research Europe Limited (TREL) и  Кембриджского Университета, используя стандартные технологии производства полупроводников, создали диод, который способен испускать один единственный фотон.

Новое устройство может стать ключевым компонентом квантовой криптографии, те есть технологии создания кодов, которые невозможно будет взломать. В интервью BBC Шилдс заявил: «Квантовая криптография дает возможность создать секретный ключ. Законы квантовой механики свидетельствуют, что теперь мы можем гарантировать невозможность его перехвата».

К сожалению, пока это устройство работает лишь при очень низких температурах. Впрочем, Шилдс уверен, что удастся его улучшить. «Сейчас устройство производится посредством фотолитографии, но в перспективе оно может стать гораздо дешевле», — заявляет он.

Собственно, экспертов по защите информации технология передачи закодированных сообщений с использованием отдельных фотонов интересует давно, поскольку, в отличие от других технологий шифрования, эта гарантирует полную секретность.

Дело в том, что все виды кодирования, применяемые в настоящее время для скрытия сообщений, используются с расчетом на то, что без ключа потребуется чрезвычайно долгое время для вычислений, необходимых для декодирования секретных сообщений.

В целом, сейчас используются два концептуально разных подхода к защите информации. Это криптосистемы с закрытым ключом и соответствующим им симметричным алгоритмом шифрования и криптосистемы с открытым ключом и асимметричным алгоритмом.

Проще говоря, если вы выбрали симметричный алгоритм, то некая специальная программа (которая может иметь входные параметры, задаваемые пользователем) генерирует секретный ключ, который при применении алгоритма (с этим ключом) к исходному тексту (записанному, например в ASCII кодах) выдает шифр. А если ту же процедуру применить к шифру (созданному с помощью этого ключа), то на выходе мы вновь получим наше сообщение.

В асимметричных алгоритмах «генерятся» 2 парных ключа, жестко связанных друг с другом: так называемый открытый, с помощью которого любой желающий может зашифровать свое сообщение (public key), и секретный (private), который позволяет «воскресить» нормальный текст, но только тот, который был зашифрован соответствующим ему открытым ключом.

Наиболее известными на сегодняшний день симметричными алгоритмами считаются PGP и DES (стандарт шифрования в США), а среди асимметричных стоит выделить популярный алгоритм RSA (Rivest, Shamir, Aldeman).

Об эффективности защиты данных в этих двух вариантах можно спорить (в любом случае, очень важна длина ключа), хотя есть мнение, что симметричные алгоритмы лучше зарекомендовали себя, так как «в деле» их проверяли чаще.

При этом основные принципы, на которых теоретически обосновывается невозможность подобрать ключ за приемлемое время — это трудно поддающиеся решению (из-за огромной требуемой вычислительной мощности) численные задачи возведения в большую степень больших чисел и разложение огромных чисел на простые множители (хотя в последние годы ведутся интенсивные исследования в этом направлении).

Но при всем этом нет никакой гарантии, что ключ не будет украден или что компьютеры не станут настолько мощными, что фактор требуемого на дешифровку времени станет условным и незначительным.

Однако, на пути развития этой супербезопасной технологии существуют препятствия. «Мы нуждаемся в технологии распознавания для отдельных фотонов», — говорит Шилдс. — «Дело в том, что в оптоволокне происходит затухание сигнала, так что в настоящий момент длина оптоволоконных линий ограничена 50 — 100 километрами. Таким образом, технология может использоваться только в пределах одного города».

Исследователи горды тем фактом, что их устройство является управляемым. Они говорят, что предыдущие излучатели иногда испускали больше одного фотона за квантор времени, что могло дать возможность перехвата, а новое устройство устраняет эту «погрешность».

Возможность передачи света отдельными порциями существовала и раньше, но впервые подобное устройство было создано без использования лазеров.

По словам его создателей, они с оптимизмом смотрят на перспективу уменьшения стоимости устройства и надеются, что вскоре устройство можно будет производить достаточно быстро и в промышленном масштабе.