Мы сталкиваемся с криптографией каждый день, даже не задумываясь об этом. Разговоры, переписка, банковские транзакции, файлы в облачных хранилищах, сохранность персональной информации зависит от надежности протоколов шифрования, которыми она защищена.
Однако мир быстро меняется, технологии активно развиваются. Появились квантовые компьютеры, которые гораздо быстрее традиционных. Квантовый компьютер может найти один элемент в списке из одного триллиона примерно за секунду. Классическому компьютеру требуется около недели, чтобы сделать то же самое. Такое быстродействие ставит под угрозу самые надежные алгоритмы шифрования.
Можно ли найти способ сделать шифрование надежно защищенным от атак даже со стороны квантовых компьютеров? Давайте попробуем разобраться.
Квантовая криптография, она использует принципы квантовой механики и квантовых алгоритмов, что делает систему неподверженной взлому.
1. Вселенная состоит из частиц, и их состояние и положение неизвестны, поскольку они могут существовать одновременно более чем в одном месте или состоянии.
2. Фотоны генерируются случайным образом в одном из двух квантовых состояний.
3. Квантовые свойства частицы нельзя точно измерить, не изменив их.
Ключ, используемый для шифрования открытого текста, называется квантовым распределением ключей (QKD). Он использует фундаментальную неопределенность фотонов, для кодирования в них информации, чтобы создать безопасный ключ.
Давайте представим процесс передачи данных между двумя пользователями.
1. Отправитель посылает фотон через поляризатор со случайно назначенными поляризациями и битовыми назначениями. Доступны следующие варианты: вертикальный (чтение одного бита), горизонтальный (чтение нулевого бита), 45 градусов вправо (чтение одного бита) или 45 градусов влево (чтение нулевого бита).
2. Эти фотоны теперь движутся к приемнику, который использует светоделитель, который может быть горизонтальным, вертикальным или диагональным для декодирования или считывания поляризации каждого фотона. Приемник не знает, какой светоделитель использовать для какого фотона.
3. Как только эта последовательность фотонов отправлена, Получатель сообщает отправителю о случайных назначениях светоделителя для каждого фотона в той же последовательности, в которой он был отправлен. Отправитель сравнивает данные, несовпадающие последовательности отбрасываются, остаются только совпавшие значения.
Фундаментальный принцип квантовой механики заключается в том, что любое измерение изменяет квантовое состояние частицы. Таким образом, если кто-то попытается измерить квантовое состояние фотонов, оно неизбежно изменится, выдав злоумышленника. Сделать копию тоже не получится, в силу вступает квантовая теорема о запрете клонирования, согласно которой, неизвестное квантовое состояние нельзя идеально повторить.
Это обеспечивает безопасность и конфиденциальность передаваемой информации, поскольку взлом или перехват будут предотвращены самой средой связи.
Не стоит думать, что в такой надежной защите нуждаются крупные корпорации, банки или атомные электростанции. В цифровом мире важно защищать личную конфиденциальную информацию – данные банковских карт, истории болезни, новая технология не даст мошенникам перехватить и расшифровать данные.
#квантовый компьютер #шифрование данных #криптографическая защита
