פיזיקת קוונטים מציעה דרך חדשה לחלוטין להגן על מידע. למה זה נחוץ, האם כעת אי אפשר להניח ערוץ תקשורת מאובטח? כמובן שאתה יכול. אבל מחשבים קוונטיים כבר נוצרו, וברגע שהם יהיו נפוצים בכל מקום, אלגוריתמי הצפנה מודרניים יהיו חסרי תועלת, שכן המחשבים החזקים הללו יוכלו לפצח אותם בשבריר שנייה. תקשורת קוונטית מאפשרת לך להצפין מידע באמצעות פוטונים - חלקיקים אלמנטריים.
מחשבים כאלה, לאחר שקיבלו גישה לערוץ הקוונטי, בדרך זו או אחרת ישנו את המצב האמיתי של הפוטונים. והניסיון להשיג מידע ישחית אותו. מהירות העברת המידע, כמובן, נמוכה יותר מאשר בערוצים אחרים הקיימים כיום, למשל, עם תקשורת טלפונית. אבל תקשורת קוונטית מספקת רמה הרבה יותר גדולה של סודיות. זה, כמובן, יתרון גדול מאוד. במיוחד בעולם של היום שבו פשעי הסייבר גוברים מדי יום.
תקשורת קוונטית עבור בובות
ברגע שדואר היונים הוחלף על ידי הטלגרף, בתורו, הטלגרף הוחלף על ידי הרדיו.כמובן, היום זה לא נעלם, אבל טכנולוגיות מודרניות אחרות הופיעו. רק לפני עשר שנים האינטרנט לא היה נפוץ כמו היום, והיה די קשה להגיע אליו - היית צריך ללכת למועדוני אינטרנט, לקנות כרטיסים מאוד יקרים וכו'. היום אנחנו לא חיים שעה ללא אינטרנט, ואנו מצפים ל-5G.
אבל תקן התקשורת החדש הבא לא יפתור את הבעיות שעומדות כעת בפני ארגון חילופי נתונים באמצעות האינטרנט, קבלת נתונים מלוויינים מישובים על כוכבי לכת אחרים וכו'. כל הנתונים האלה חייבים להיות מוגנים בצורה מאובטחת. וניתן לארגן זאת באמצעות מה שנקרא הסתבכות קוונטית.
מהו קשר קוונטי? עבור "דומים" תופעה זו מוסברת כחיבור של מאפיינים קוונטיים שונים. הוא נשמר גם כאשר החלקיקים מופרדים זה מזה במרחק גדול. המפתח מוצפן ומשודר באמצעות הסתבכות קוונטית, המפתח לא יספק מידע בעל ערך לקרקרים שמנסים ליירט אותו. כל מה שהם יקבלו זה מספרים אחרים, שכן מצב המערכת, עם התערבות חיצונית, ישתנה.
אבל לא ניתן היה ליצור מערכת העברת נתונים עולמית, כי לאחר כמה עשרות קילומטרים האות דעך. הלוויין, ששוגר ב-2016, יסייע ביישום תכנית העברת מפתח קוונטית למרחקים של יותר מ-7,000 ק מ.
ניסיונות מוצלחים ראשונים להשתמש בחיבור החדש
פרוטוקול ההצפנה הקוונטי הראשון הושג ב-1984ד. כיום, טכנולוגיה זו משמשת בהצלחה במגזר הבנקאי. חברות ידועות מציעות מערכות קריפטו שהן יצרו.
קו התקשורת הקוונטי מתבצע על כבל סיב אופטי סטנדרטי. ברוסיה הונח הערוץ המאובטח הראשון בין סניפי Gazprombank בנוביה צ'ריומושקי ובקורובי ואל. האורך הכולל הוא 30.6 ק מ, שגיאות מתרחשות במהלך שידור מפתח, אבל האחוז שלהן הוא מינימלי - רק 5%.
סין משגרת לווין תקשורת קוונטי
הלוויין הראשון בעולם שוגר בסין. הרקטה Long March-2D שוגרה ב-16 באוגוסט 2016 מאתר השיגור Jiu Quan. לוויין במשקל 600 ק"ג יטוס במשך שנתיים במסלול סינכרוני של השמש, בגובה 310 מייל (או 500 ק"מ) כחלק מתוכנית "ניסויים קוונטיים בקנה מידה קוסמי". תקופת המהפכה של המכשיר מסביב לכדור הארץ היא שעה וחצי.
לווין התקשורת הקוונטי נקרא Micius, או "מו-צו", על שם פילוסוף שחי במאה ה-5 לספירה. וכפי שנהוג להאמין, הראשון שערך ניסויים אופטיים. מדענים הולכים לחקור את מנגנון ההסתבכות הקוונטית ולבצע טלפורטציה קוונטית בין לוויין למעבדה בטיבט.
זה האחרון מעביר את המצב הקוונטי של החלקיק למרחק נתון. כדי ליישם תהליך זה, יש צורך בזוג חלקיקים סבוכים (במילים אחרות, מקושרים) הממוקמים במרחק אחד מהשני. לפי פיזיקת הקוונטים, הם מסוגלים ללכוד מידע על מצבו של בן זוג, גם כשהם רחוקים אחד מהשני. כלומר, אתה יכול לספקפגיעה בחלקיק שנמצא בחלל עמוק, ומשפיעה על בן זוגו, שנמצא בקרבת מקום, במעבדה.
הלוויין יצור שני פוטונים מסתבכים וישלח אותם לכדור הארץ. אם החוויה תצליח, היא תסמן את תחילתו של עידן חדש. עשרות לוויינים כאלה יכלו לא רק לספק את נוכחותו של האינטרנט הקוונטי, אלא גם תקשורת קוונטית בחלל ליישובים עתידיים על מאדים ובירח.
למה אנחנו צריכים לוויינים כאלה
אבל למה בכלל צריך לוויין תקשורת קוונטי? האם לוויינים קונבנציונליים כבר קיימים לא מספיקים? העובדה היא שלוויינים אלה לא יחליפו את הרגילים. העיקרון של תקשורת קוונטית הוא לקודד ולהגן על ערוצי שידור נתונים קונבנציונליים קיימים. בעזרתו, למשל, אבטחה ניתנה כבר במהלך הבחירות לפרלמנט ב-2007 בשווייץ.
The Battelle Memorial Institute, ארגון מחקר ללא מטרות רווח, מחליף מידע בין פרקים בארה ב (אוהיו) ובאירלנד (דבלין) באמצעות הסתבכות קוונטית. העיקרון שלו מבוסס על התנהגות פוטונים - חלקיקי אור יסודיים. בעזרתם, המידע מקודד ונשלח לנמען. תיאורטית, אפילו ניסיון ההפרעה הזהיר ביותר ישאיר חותם. המפתח הקוונטי ישתנה מיד, וניסיון האקר יסתיים עם סט תווים חסר משמעות. לכן, לא ניתן ליירט או להעתיק את כל הנתונים שישודרו דרך ערוצי תקשורת אלו.
לוויןיעזור למדענים לבדוק חלוקת מפתח בין תחנות קרקע והלוויין עצמו.
תקשורת קוונטית בסין תיושם הודות לכבלים סיבים אופטיים באורך כולל של 2,000 ק מ ומאחדים 4 ערים משנחאי ועד בייג'ינג. לא ניתן לשדר סדרות של פוטונים ללא הגבלה, וככל שהמרחק בין התחנות גדול יותר, כך גדל הסיכוי שהמידע יתקלקל.
לאחר מרחק מסוים, האות דועך, ומדענים צריכים דרך לעדכן את האות כל 100 ק מ על מנת לשמור על שידור נכון של מידע. בכבלים, זה מושג באמצעות צמתים מוכחים, שבהם המפתח מנותח, מועתק על ידי פוטונים חדשים, וממשיך הלאה.
קצת היסטוריה
בשנת 1984, בראסארד ג'יי מאוניברסיטת מונטריאול ובנט סי מ-IBM הציעו שניתן להשתמש בפוטונים בהצפנה כדי להשיג ערוץ יסוד מאובטח. הם הציעו תכנית פשוטה להפצה קוונטית מחדש של מפתחות הצפנה, שנקראה BB84.
סכימה זו משתמשת בערוץ קוונטי שדרכו מועבר מידע בין שני משתמשים בצורה של מצבים קוונטיים מקוטבים. האקר מצותת עשוי לנסות למדוד את הפוטונים הללו, אבל הוא לא יכול לעשות זאת, כאמור לעיל, מבלי לעוות אותם. בשנת 1989, במרכז המחקר של IBM, בראסארד ובנט יצרו את מערכת ההצפנה הקוונטית העובדת הראשונה בעולם.
מה עושה אופטי קוונטימערכת קריפטוגרפית (KOKS)
המאפיינים הטכניים העיקריים של COKS (שיעור שגיאות, קצב העברת נתונים וכו') נקבעים על ידי הפרמטרים של האלמנטים היוצרים ערוצים היוצרים, משדרים ומודד מצבים קוונטיים. בדרך כלל COKS מורכב מקבלה ושידור חלקים, המחוברים באמצעות ערוץ שידור.
מקורות קרינה מחולקים ל-3 מחלקות:
- lasers;
- microlasers;
- דיודות פולטות אור.
לשידור אותות אופטיים, נוריות סיבים אופטיות משמשות כמדיום, המשולבים בכבלים בעיצובים שונים.
טבעה של סודיות תקשורת קוונטית
מעבר מאותות שבהם המידע המשודר מקודד על ידי פולסים עם אלפי פוטונים לאותות שבהם, בממוצע, יש פחות מאחד לפולס, חוקים קוונטיים נכנסים לפעולה. השימוש בחוקים אלה עם קריפטוגרפיה קלאסית משיג סודיות.
עקרון אי הוודאות של הייזנברג משמש בהתקני הצפנה קוונטיים ובזכותו, כל נסיון לשנות את המערכת הקוונטית מבצע בה שינויים, וההתהוות הנובעת ממדידה כזו נקבעת על ידי הצד המקבל כשקרית.
האם ההצפנה הקוונטית חסינת פריצה ב-100%?
באופן תיאורטי כן, אבל פתרונות טכניים לא לגמרי אמינים. התוקפים החלו להשתמש בקרן לייזר, איתה הם עיוורים גלאים קוונטיים, ולאחר מכן הם מפסיקים להגיבתכונות קוונטיות של פוטונים. לפעמים נעשה שימוש במקורות מרובים-פוטונים, וייתכן שהאקרים יוכלו לדלג על אחד מהם ולמדוד מקורות זהים.
