Kwantumfisika bied 'n heeltemal nuwe manier om inligting te beskerm. Hoekom is dit nodig, is dit nou onmoontlik om 'n veilige kommunikasiekanaal te lê? Natuurlik kan jy. Maar kwantumrekenaars is reeds geskep, en die oomblik dat hulle alomteenwoordig word, sal moderne enkripsiealgoritmes nutteloos wees, aangesien hierdie kragtige rekenaars hulle in 'n breukdeel van 'n sekonde sal kan kraak. Kwantumkommunikasie laat jou toe om inligting te enkripteer met behulp van fotone - elementêre deeltjies.
Sulke rekenaars, wat toegang tot die kwantumkanaal verkry het, sal op een of ander manier die werklike toestand van fotone verander. En om inligting te probeer kry, sal dit korrupteer. Die spoed van inligtingoordrag is natuurlik laer as met ander tans bestaande kanale, byvoorbeeld met telefoonkommunikasie. Maar kwantumkommunikasie bied 'n veel groter vlak van geheimhouding. Dit is natuurlik 'n baie groot pluspunt. Veral in vandag se wêreld waar kubermisdaad elke dag toeneem.
Kwantumkommunikasie vir dummies
Sodra die duiwepos deur die telegraaf verdring is, is die telegraaf op sy beurt deur die radio verdring. Natuurlik, vandag het dit nie verdwyn nie, maar ander moderne tegnologie het verskyn. Net tien jaar gelede was die internet nie so wydverspreid soos dit vandag is nie, en dit was nogal moeilik om toegang daartoe te kry - jy moes na internetklubs gaan, baie duur kaarte koop, ens. Vandag leef ons nie 'n uur sonder die internet, en ons sien uit na 5G.
Maar die volgende nuwe kommunikasiestandaard sal nie die probleme oplos wat nou die organisasie van data-uitruiling met behulp van die internet in die gesig staar, die ontvangs van data van satelliete van nedersettings op ander planete, ens. Al hierdie data moet veilig beskerm word. En dit kan georganiseer word deur die sogenaamde kwantumverstrengeling te gebruik.
Wat is 'n kwantumbinding? Vir "dummies" word hierdie verskynsel verduidelik as 'n verband van verskillende kwantumkenmerke. Dit word bewaar selfs wanneer die deeltjies oor 'n groot afstand van mekaar geskei word. Geënkripteer en oorgedra met behulp van kwantumverstrengeling, sal die sleutel geen waardevolle inligting verskaf aan krakers wat probeer om dit te onderskep nie. Al wat hulle sal kry, is ander nommers, aangesien die toestand van die stelsel, met eksterne ingryping, verander sal word.
Maar dit was nie moontlik om 'n wêreldwye data-oordragstelsel te skep nie, want na 'n paar tientalle kilometer het die sein vervaag. Die satelliet, wat in 2016 gelanseer is, sal help om 'n kwantumsleuteloordragskema oor afstande van meer as 7 000 km te implementeer.
Eerste suksesvolle pogings om die nuwe verbinding te gebruik
Die heel eerste kwantumkriptografieprotokol is in 1984 verkryd. Vandag word hierdie tegnologie suksesvol in die banksektor gebruik. Bekende maatskappye bied kriptostelsels wat hulle geskep het.
Die kwantumkommunikasielyn word op 'n standaard optiese veselkabel uitgevoer. In Rusland is die eerste veilige kanaal tussen Gazprombank-takke in Novye Cheryomushki en op Korovy Val gelê. Die totale lengte is 30,6 km, foute kom voor tydens sleuteloordrag, maar hul persentasie is minimaal - slegs 5%.
China lanseer kwantumkommunikasie-satelliet
Die wêreld se eerste sulke satelliet is in China gelanseer. Die Long March-2D-vuurpyl is op 16 Augustus 2016 vanaf die Jiu Quan-lanseringsterrein gelanseer. 'n Satelliet wat 600 kg weeg, sal vir 2 jaar in 'n son-sinchroniese wentelbaan vlieg, 310 myl (of 500 km) hoog as deel van die "Quantum Experiments on a Cosmic Scale"-program. Die omwentelingsperiode van die toestel om die Aarde is een en 'n half uur.
Die kwantumkommunikasie-satelliet word Micius, of "Mo-Tzu" genoem, na 'n filosoof wat in die 5de eeu nC geleef het. en, soos algemeen geglo word, die eerste wat optiese eksperimente uitgevoer het. Wetenskaplikes gaan die meganisme van kwantumverstrengeling bestudeer en kwantumteleportasie tussen 'n satelliet en 'n laboratorium in Tibet uitvoer.
Laasgenoemde stuur die kwantumtoestand van die deeltjie na 'n gegewe afstand oor. Om hierdie proses te implementeer, is 'n paar verstrengelde (met ander woorde, gekoppelde) deeltjies wat op 'n afstand van mekaar geleë is, nodig. Volgens kwantumfisika is hulle in staat om inligting oor die toestand van 'n maat vas te vang, selfs wanneer hulle ver van mekaar is. Dit wil sê, jy kan voorsienimpak op 'n deeltjie wat in die diep ruimte is, wat sy maat, wat naby is, in die laboratorium beïnvloed.
Die satelliet sal twee verstrengelde fotone skep en hulle aarde toe stuur. As die ervaring suksesvol is, sal dit die begin van 'n nuwe era wees. Tientalle sulke satelliete kon nie net die alomteenwoordigheid van die kwantuminternet verskaf nie, maar ook kwantumkommunikasie in die ruimte vir toekomstige nedersettings op Mars en die Maan.
Hoekom het ons sulke satelliete nodig
Maar hoekom het jy selfs 'n kwantumkommunikasie-satelliet nodig? Is konvensionele satelliete wat reeds bestaan nie voldoende nie? Die feit is dat hierdie satelliete nie die gewones sal vervang nie. Die beginsel van kwantumkommunikasie is om bestaande konvensionele datatransmissiekanale te enkodeer en te beskerm. Met die hulp daarvan is sekuriteit byvoorbeeld reeds tydens die parlementêre verkiesing in 2007 in Switserland verskaf.
Die Battelle Memorial Institute, 'n nie-winsgewende navorsingsorganisasie, ruil inligting uit tussen afdelings in die VSA (Ohio) en Ierland (Dublin) deur gebruik te maak van kwantumverstrengeling. Die beginsel daarvan is gebaseer op die gedrag van fotone - elementêre deeltjies van lig. Met hul hulp word inligting geënkodeer en aan die geadresseerde gestuur. Teoreties sal selfs die versigtigste poging tot inmenging 'n punt laat. Die kwantumsleutel sal onmiddellik verander, en 'n poging tot hacker sal eindig met 'n betekenislose karakterstel. Daarom kan alle data wat deur hierdie kommunikasiekanale versend sal word nie onderskep of gekopieer word nie.
Satellietsal wetenskaplikes help om sleutelverspreiding tussen grondstasies en die satelliet self te toets.
Kwantumkommunikasie in China sal geïmplementeer word danksy optieseveselkabels met 'n totale lengte van 2 duisend km en wat 4 stede van Sjanghai tot Beijing verenig. Reeks fotone kan nie onbepaald uitgesaai word nie, en hoe groter die afstand tussen stasies is, hoe groter is die kans dat inligting korrupteer sal wees.
Na 'n sekere afstand vervaag die sein, en wetenskaplikes het 'n manier nodig om die sein elke 100 km op te dateer om die korrekte oordrag van inligting te handhaaf. In kabels word dit bereik deur bewese nodusse, waar die sleutel ontleed word, deur nuwe fotone gekopieer word en aanbeweeg.
'n bietjie geskiedenis
In 1984 het Brassard J. van die Universiteit van Montreal en Bennet C. van IBM voorgestel dat fotone in kriptografie gebruik kan word om 'n veilige fundamentele kanaal te verkry. Hulle het 'n eenvoudige skema vir kwantumherverspreiding van enkripsiesleutels voorgestel, wat BB84 genoem is.
Hierdie skema gebruik 'n kwantumkanaal waardeur inligting tussen twee gebruikers in die vorm van gepolariseerde kwantumtoestande oorgedra word.’n Afluisterkraker kan dalk probeer om hierdie fotone te meet, maar hy kan dit nie, soos hierbo genoem, doen sonder om hulle te verdraai nie. In 1989, by die IBM Navorsingsentrum, het Brassard en Bennet die wêreld se eerste werkende kwantumkriptografiese stelsel geskep.
Wat beteken 'n kwantum-optiesekriptografiese stelsel (KOKS)
Die belangrikste tegniese kenmerke van COKS (fouttempo, data-oordragtempo, ens.) word bepaal deur die parameters van die kanaalvormende elemente wat kwantumtoestande vorm, oordra en meet. Gewoonlik bestaan COKS uit die ontvang en versend van dele, wat deur 'n transmissiekanaal verbind is.
Bestralingsbronne word in 3 klasse verdeel:
- lasers;
- mikrolasers;
- lig-emitterende diodes.
Vir die oordrag van optiese seine word optiesevesel-LED's as 'n medium gebruik, gekombineer in kabels van verskillende ontwerpe.
Die aard van kwantumkommunikasiegeheim
Om van seine te gaan waarin oorgedrade inligting deur pulse met duisende fotone geënkodeer word na seine waarin daar gemiddeld minder as een per puls is, kom kwantumwette ter sprake. Dit is die gebruik van hierdie wette met klassieke kriptografie wat geheimhouding bewerkstellig.
Die Heisenberg-onsekerheidsbeginsel word in kwantumkriptografiese toestelle gebruik en danksy dit maak enige pogings om die kwantumstelsel te verander veranderinge daaraan, en die vorming wat uit so 'n meting voortspruit, word deur die ontvangende party as vals bepaal.
Is kwantumkriptografie 100% hackbestand?
Teoreties ja, maar tegniese oplossings is nie heeltemal betroubaar nie. Aanvallers het 'n laserstraal begin gebruik, waarmee hulle kwantumdetektors verblind, waarna hulle ophou reageer opkwantum eienskappe van fotone. Soms word multi-fotonbronne gebruik, en kuberkrakers kan dalk een daarvan oorslaan en identiese bronne meet.
