Ученые из Шотландии (Университет С-Эндрюса), СА (Университет Абдаллы), США (Центр нетрадиционной науки) разработала криптосистему, которую не взломать и на квантовом компьютере.
Защита конфиденциальных данных является одной из основных глобальных проблем. Классическая криптография – сложна и надежна, но неподвластна квантовым алгоритмам. Квантовая криптография требует квантовых установок, менее масштабируемых, чем классические оптические сети, показывает совершенную секретность криптографии в классических оптических каналах.
Разработка использует волновые скоррелированные пакеты, которые смешиваются в недорогих и КМОП-совместимых кремниевых чипах. Микросхемы могут генерировать 0.1 Тбит различных ключей на каждый миллиметр длины входного канала всего лишь при 1/1000 длины сообщения.
Ученые обсудили безопасность этого протокола при технологической мощи злоумышленника, который может получить доступ к системе, копируя любую ее часть, включая микросхемы. Второй закон термодинамики и экспоненциальная чувствительность энтропии (хаоса) безоговорочно защищают эту схему от любого возможного нападения.
В условиях информационного общества, когда все большее количество персональных данных передается по общедоступным каналам, информационная безопасность – новая глобальная и жизненная проблема. Обычные криптосхемы, основанные на стандарте шифрования данных (DES, AES и RSA, российском ГОСТ), кодируют сообщения с открытыми и закрытыми ключами короткой длины. Главным преимуществом этих алгоритмов является скорость, а главным недостатком — безопасность, которая опирается на вычислительные возможности перебора.
Главное – развитие квантокомпьютеров, которые смогут взломать любой из этих шифров за счет использования кубитов.
Совершенная криптография была изобретена во времена телеграфа и затем запатентована Vernam. Шифр Vernam кодирует сообщение с помощью побитовой операции XOR со случайным ключом, который является таким же длинным, как и передаваемый текст. Никогда не используется повторно полностью или частично и секретно. К.Шеннон продемонстрировал, что эта схема, правильно реализованная, не поддается взлому и не предоставляет злоумышленнику никакой информации, кроме максимальной длины сообщения. Но все еще нет практичного и безопасного способа для пользователей обменять ключ.
Начиная с 1980-ых, исследовательские усилия были направлены на решение этой проблемы с помощью алгоритмов распределения квантовых ключей от точки к точке (QKD), которые опираются на неклонируемость одиночных фотонов. Хотя прогресс QKD в последние десятилетия был колоссальным, существуют критические проблемы, обусловленные пределами квантовой коммуникации. Из-за невозможности усиления одиночных фотонов, квантовые сети в настоящее время не могут масштабироваться глобально. Передача данных в них значительно медленнее, чем классическая оптическая связь, которая уже насчитывает сотни широкополосных межконтинентальных линий, скорость связи близка к световому пределу и предусмотрены огромные инвестиции на ближайшие годы.
Ученые разрабатывают недорогой чип, совместимый с оптической инфраструктурой и обеспечивающий безопасность распределения («раздачи») ключей.
Команда ученых продемонстрировала протокол для совершенной криптографии секретности, который использует КМОП-совместимые кремниевые чипы отпечатков пальцев, передающих информацию по общедоступному оптоволокну. Безопасность системы оценивается по принципу Кирхгоффа («надежность криптосистемы определяется надежностью ключа»).
Второй закон термодинамики и экспоненциальная чувствительность энтропии не позволяют злоумышленнику получить какую-либо информацию о ключе, которым обмениваются пользователи. Предлагаемый протокол полностью совместим с методами усиления конфиденциальности и согласования информации, уже разработанными для QKD. Кроме связи, необходимой для аутентификации пользователей, система не потребует закрытых ключей или конфиденциальных данных. В сочетании со скоростью, технологичностью и масштабируемостью классических оптических коммуникаций полученные результаты – супер важные.