Den næste slagmark i krigen mod kvantehacking

Quantum hacking er den seneste frygt i verden af ​​informationssikkerhed. For ikke så længe siden hævdede fysikere, at de kunne sende information med perfekt sikkerhed ved hjælp af en teknik kendt som kvantenøglefordeling.

Dette bruger kvantemekanikkens love til at garantere perfekt sikker kommunikation. Og perfekt sikker kommunikation er, hvad du får, i hvert fald i teorien.

Problemet er, at det udstyr, der bruges til at udføre kvantenøgledistribution, i praksis har en række svagheder, som en aflytning kan udnytte til at få information om de beskeder, der sendes. Forskellige grupper har demonstreret, hvordan quantum hacking udgør en reel trussel mod perfekt sikker kommunikation.

Så i kat og mus-spillet om informationssikkerhed har fysikere kæmpet tilbage ved at designe udstyr, der er mere sikkert. I dag viser Nitin Jain ved Max Planck Institute for the Science of Light i Erlangen, Tyskland, og et par venner, hvordan ændringerne stadig lader udstyret være åbent for angreb, men samtidig afslører, hvordan den næste generation af kvantekryptografi kan laves bedre.

I kvantenøgledistribution sender Alice information til Bob indkodet i polariseringen af ​​enkelte fotoner. Så hun kan sende en sekvens af 0'er og 1'ere som en række fotoner polariseret vandret og lodret. Bob kan derefter bruge disse oplysninger som nøglen til en engangsblok til at sende information med perfekt sikkerhed. Deraf navnet kvantenøglefordeling.

En aflytter, Eve, kan kun se de oplysninger, Alice sender, hvis hun kender retningerne, der svarer til lodret og vandret. Fysikere kalder dette systemets base.

Uden at kende basen vil den information, fotonerne bærer, virke tilfældig. Så en vigtig del af sikkerheden ved kvantenøgledistribution kommer fra at holde Alices base hemmelig.

For lidt over 10 år siden fandt hackere en måde, hvorpå Eve kunne opdage Alices base. Det eneste, Eva skal gøre, er at kaste lys ind i Alices udstyr og måle polariseringen af ​​de reflekterede fotoner. Disse vil have hoppet af de optiske komponenter, der bestemmer Alices base og vil derfor blive polariseret på samme måde. Det giver Eve den afgørende information, hun har brug for for at afkode transmissionerne, uden at Alice bliver klogere.

Forskellige hold har vist, hvordan denne tilgang kan hacke kommercielt tilgængelige kvantekrypteringsenheder, hvilket afslører, at påstanden om perfekt sikkerhed er noget overdrevet.

Men fysikerne har kæmpet tilbage. En måde at stoppe disse former for angreb på er at inkludere en enhed kaldet en isolator, der tillader lys at rejse i den ene retning, men ikke den anden. Så Alice kan sende sine fotoner ud af udstyret, men Eva kan ikke sende fotoner ind i det.

Det arbejde, som Jain og co har gjort det for at studere de optiske egenskaber af disse enheder for at se, hvor sikre de er. Disse fyre har testet de optiske egenskaber af en række komponenter, der bruges i kvantenøgledistribution, inklusive isolatorer.

Testene har været ligetil. De sender et antal fotoner mod enheden og måler antallet, der passerer igennem. Men det er afgørende, at de har gjort dette ved en række forskellige bølgelængder mellem 1000 og 1700 nanometer.

Resultaterne er afslørende. Telekommunikationstransmission bruger bølgelængder på omkring 1550 nanometer. Og isolatorerne Jain og co har målt fungerer godt ved denne bølgelængde.

Men disse enheder er ikke så gode til andre bølgelængder. Selv højtydende isolatorer har ikke høj isolation i andre bølgelængdeområder, såsom fra 1300 til 1400 nanometer, hvor Eve nemt kan få begge laserkilder, siger de.

Med andre ord kan Eve stadig opdage Alices base ved hjælp af lasere i en anden farve.

Det vil være en bekymrende opdagelse for organisationer, der nu bruger kvantenøgledistribution til at beskytte deres data, for ikke at nævne de virksomheder, der sælger kommercielt kvantenøgledistributionsudstyr.

Men alt er ikke tabt, siger Jain og co. Der er stadig flere modforanstaltninger, der kan beskytte kvantenøglefordelingen mod Evas angreb på andre bølgelængder. I stedet for at bruge en passiv enhed som en isolator, kunne Alice bruge en aktiv enhed, der måler indkommende fotoner i håbet om at få øje på Eva i aktion. Hvis Alice indeholder en overvågningsdetektor ud over isolatoren, så ville det blive ret udfordrende for Eve samtidig at omgå begge disse modforanstaltninger, siger Jain og co.

Her kan teoretikere også hjælpe. Kvantemekanikkens love garanterer hemmeligholdelsen af ​​en meddelelse, forudsat at mængden af ​​information, der siver ud, er under en tærskel, bestemt af de specifikke detaljer i den protokol, der bruges.

I disse former for angreb får Eva's kun en vis mængde information om den hemmelige nøgle. Hvis hun får mere end denne tærskel, kan hun begynde at dekryptere alle hemmelige beskeder, der er kodet med den.

Teoretikere kan hjælpe her ved at bestemme, hvor meget information Eve kan få fra sine angreb og hæve tærsklen i overensstemmelse hermed. Det øger systemets sikkerhed, men gør det også betydeligt langsommere at sende data.

Det er et interessant stykke arbejde. Informationssikkerhedsspecialister har altid hengivet sig til en kat og mus-krig mod angribere. I kort tid havde disse specialister håbet, at kvantenøglefordeling ville være det ultimative våben til at bringe denne krig til ophør. Det håb ser nu noget for tidligt ud.

Ref: arxiv.org/abs/1408.0492 : Risikoanalyse af trojanske hesteangreb på praktiske kvantenøgledistributionssystemer

skjule