211service.com
Idiotsikker kvantekryptering
Forskere ved Toshiba, i Cambridge, U.K., har fundet en måde at lukke et sikkerhedshul, der i øjeblikket begrænser, hvor langt og hvor hurtigt krypteringsnøgler kan distribueres ved hjælp af eksisterende kvantekryptografiske systemer. Udviklingen kan udvide den kommercielle appel af ubetinget sikker kvantenøgledistribution, siger Andrew Shields, leder af Kvanteinformationsgruppe hos Toshiba Research Europe, der ledede forskningen.
Fare i tal: At gøre kvantekryptering helt sikker vil kræve brug af enkeltfotonimpulser. På billedet ses en ny lysemitterende diode, der er i stand til at generere sådanne impulser.
Kvantekryptografi bruges i øjeblikket kun til at sende krypteringsnøgler mellem bygninger af nogle banker og offentlige myndigheder. Men systemer kan kun garantere sikkerhed over relativt korte afstande. Udfordringen er at udvide rækkevidden og øge hastigheden, hvormed nøglerne kan sendes, så de kan bruges bredere, siger Shields.
Nuværende kommercielle kvantekrypteringssystemer er designet til at gøre det muligt for to parter at udveksle hemmelige krypteringsnøgler uden at risikere, at de bliver opsnappet. Dette gøres ved at indkode den digitale nøgleinformation i lysudbrud sendt over standard optiske fibre.
1'erne og 0'erne for disse digitale nøgler er kodet i tidsforsinkelser mellem pulser af individuelle fotoner. I teorien er det, der gør dette så sikkert, at ethvert forsøg fra en aflytning på at opsnappe signalet nødvendigvis vil involvere fjernelse af individuelle fotoner fra signalet - en handling, der kan detekteres.
I praksis kan denne form for ubetinget sikkerhed dog kun for alvor garanteres, hvis ens lyskilde ikke udsender andet end enkelte fotoner. Da dette ikke er tilfældet i den nuværende kvantekryptering, er aflytningsangreb mulige. I én strategi aflytter en aflytning individuelle fotoner; dette angreb er afhængigt af, at nogle pulser vil bestå af mere end én foton, hvilket betyder, at de ikke vil blive savnet.
For at omgå dette bruger eksisterende kommercielle kvantekrypteringssystemer tricks til at reducere sandsynligheden for, at impulser vil indeholde flere fotoner. For eksempel kan systemerne begrænse intensiteten af hver puls og reducere bithastigheden, hvormed de sendes. Afvejningen er dog, at jo svagere en puls er, jo mindre afstand kan den rejse, mens en langsommere bithastighed vil begrænse hastigheden, hvormed nøgler kan distribueres, siger Shields.
Toshibas løsning er at inkludere i signalet, hvad Shields kalder lokkeimpulser. Disse impulser er tilfældigt indskudt i signalet og er svagere end resten af signalet. Det betyder, at de sjældent består af mere end én foton. Hvis en aflytning forsøger at blokere enkelte fotoner, mens han fjerner flere fotoner fra resten af impulserne, vil flere af disse lokkeimpulser i gennemsnit blive blokeret end resten af signalet. Så ved at overvåge andelen af signaler til lokkepulser, der slipper igennem, er det muligt at opdage et angreb.
Ved at bruge denne lokkemetode kan der bruges mere kraftfulde laserimpulser, hvilket igen gør det muligt at øge bithastigheden og ligeledes den afstand, som den kan sendes over, siger Shields. Nondecoy-signaler kan opnå omkring 43 bits i sekundet over en afstand på omkring 25 kilometer. Men lokkemetoden kan opnå 5,5 kilobits i sekundet, hvilket er en 100-dobling.
Det er muligt at få ubetinget sikkerhed allerede, men udfordringen er at gøre dette over længere afstande, siger Gregoire Ribordy , CEO og grundlægger af kvante-id , det schweiziske selskab, der i 2002 lancerede et kommercielt kvantekryptografisystem. Dette lokkemiddel giver dig mulighed for at øge rækkevidden eller bithastigheden for en given afstand, siger Ribordy.
Lokkemetoden er et meget nyttigt forsvar mod denne form for angreb på kvantekryptografi, og flere grupper arbejder nu på lignende tilgange, siger Frank wong , fra kvanteinformationsvidenskabsgruppen ved MIT. Men problemet med påstande om ubetinget sikkerhed er, at der i øjeblikket ikke er nogen måder at teste det på, undtagen gennem simulering, siger Wong.
Det andet fremskridt, gruppen har gjort, har mere langsigtet betydning, siger Shields. Dette er udviklingen af en lysemitterende diode, der er i stand til mere pålideligt at udsende enkelte fotoner. Med kvantenøglefordeling er det ideelle kun at sende enkelte fotoner, siger han. Hvis man kan gøre dette pålideligt, ville transmissionen virkelig være uigennemtrængelig for ethvert angreb, og teknikker som lokkeimpulser ville blive gjort overflødige.
Toshibas tilgang er at skabe en række kvanteprikker, der hver måler 45 nanometer i diameter og er i stand til kun at udsende enkelte fotoner. Selvom en lysemitterende diode lavet ved hjælp af disse kvanteprikker stadig lejlighedsvis udsender mere end én foton, er chancerne for at dette sker fem gange mindre, end de ville være, hvis man brugte en laser. Der er andre måder at producere enkeltfotoner på, men en af fordelene ved at bruge kvanteprikker er, at de nemt kan integreres og styres af elektronik. Styring med en spænding frem for en laser er en stor fordel, fordi elektriske enheder er meget mere kompakte og robuste, siger Shields.