Utajení na optickém kabelu

Kvantová kryptografie na cestě ke komerčnímu využití Experimenty posledních měsíců přibližují novou metodu utajen


Kvantová kryptografie na cestě ke komerčnímu využití
Experimenty posledních měsíců přibližují novou metodu utajeného přenosu zpráv,
využívající fundamentálních zákonů kvantové fyziky, praktickému uplatnění v
metropolitních optických sítích. Posledním úspěchem kvantové kryptografie je
překonání hranice 100 km přenosu informace s použitím běžně dostupného
optického kabelu, které koncem léta oznámil japonský koncern NEC.
Princip kvantové kryptografie a první schéma pro kvantový přenos šifrovacího
klíče byly navrženy již před 20 lety. O novou fyzikální metodu projevily velmi
brzy zájem i různé vládní a komerční instituce, např. banky, pro něž je vysoká
bezpečnost přenosu dat velmi důležitým požadavkem.
Všechny klasické techniky šifrování s veřejným klíčem, včetně dnes
nejrozšířenější metody RSA, jsou principiálně zranitelné. Vycházejí totiž z
předpokladu, že matematický algoritmus, kterým by z veřejně distribuovaného
klíče (používaného k šifrování zpráv) bylo možné získat tajný klíč (nutný ke
čtení zpráv), je natolik složitý, že jej nikdo nebude schopen v rozumném čase
realizovat. Růst výkonnosti počítačů (a možností jejich síťového propojení) a
rozvoj teoretické informatiky však představují neustálé potenciální nebezpečí.

Proti odposlechu
Kvantová kryptografie znamená pro utajený přenos informací naprosto zásadní
obrat. Nejedná se o metodu s veřejným klíčem k šifrování je zde použito
Vernamova postupu z roku 1918 s jednorázově použitelným tajným klíčem.
Bezpečnost komunikace je přitom dána nikoliv domnělou nízkou pravděpodobností
rozluštění klíče, ale vyloučením odposlechu při jeho předávání. To je zaručeno
nejzákladnějšími principy kvantové fyziky, které se pravděpodobně nedají žádným
způsobem "obejít".
Jde o to, že při každém měření provedeném na kvantovém systému nevyhnutelně
dochází ke změně fyzikálního stavu tohoto systému. To je v zásadě pravda i v
klasické fyzice, kterou používáme v běžném životě (např. ponoření teploměru do
vany změní teplotu vody), ale tady se tyto změny dají v podstatě libovolně
zmenšovat. Naproti tomu v kvantovém světě dochází při měření k tzv. kolapsu
vlnové funkce, který nezávisí na podobě použitého měřicího přístroje ani na
metodě měření. Právě kolaps vlnové funkce kvantových částic použitých k přenosu
informace zaručuje, že případný pokus o odposlech je vždy principiálně
odhalitelný protože co jiného je v tomto případě odposlech než měření provedené
na kvantových nositelích informace?

Od teorie do praxe
Experimentální pokusy s kvantovou kryptografií se odvíjejí od roku 1989, kdy C.
H. Benett, G. Brassard a několik dalších spolupracovníků uskutečnili první
přenos kvantového kryptografického klíče volným prostorem na vzdálenost pouhých
32 cm.
Problémy, které komplikují použití metody na větší vzdálenosti, jsou především
rostoucí útlum signálu a šum v detekčním systému. Je třeba si uvědomit, že
kvantová kryptografie pracuje nejčastěji s jednotlivými fotony, tedy kvanty
elektromagnetického záření, případně s určitými specifickými kvantovými stavy
fotonových polí, které jsou interakcí s prostředím mnohem zranitelnější než
relativně silné elektromagnetické pulzy, používané při běžném přenosu informace.
V jednom typickém schématu pro kvantovou kryptografii je přenášený šifrovací
klíč zakódován do polarizačních kvantových stavů jednotlivých fotonů např.
stavů odpovídajících dvěma vzájemně kolmým směrům lineární polarizace fotonu.
Každý přenesený foton reprezentuje jeden bit informace např. 0 odpovídá
polarizaci ve směru osy x roviny kolmé ke směru letu fotonu, 1 polarizaci ve
směru y. Protože případný "narušitel" nemůže vědět, jaká konkrétní polarizační
soustava x-y byla v případě daného fotonu použita (tj. pomocí kterých dvou
směrů polarizace byl daný bit informace zakódován tuto soustavu lze během
přenosu náhodně měnit), jeho odposlouchávání nutně podle zákona o kolapsu
vlnové funkce vede ke změnám polarizačních stavů jednotlivých fotonů. To lze v
principu odhalit (na libovolně vysokém, i když vždy konečném stupni
věrohodnosti), jestliže adresát s příjemcem porovnají určitý počet kontrolních
bitů přenášené zprávy.

Do metropolitních sítí
Pokusy provedené během posledních několika měsíců ukazují, že technické
problémy spojené s přenosem jednofotonových impulzů světla se daří úspěšně
řešit. V loňském roce uskutečnila japonská společnost Mitsubishi Electric
přenos kryptografického klíče na tehdy rekordní vzdálenost 87 km.
Letošní rok přinesl rekordy hned dva. První překonání stokilometrové hranice
pro utajenou kvantovou komunikaci oznámil výzkumný tým Toshiba Research Europe
ve Velké Británii již v červnu. V červenci pak byla zveřejněna společná zpráva
třech japonských institucí společnosti NEC, telekomunikační vývojové organizace
TAO a vědecko-technického sdružení JST o uskutečnění kvantového
kryptografického přenosu na vzdálenost větší než 100 km s použitím běžně
používaného optického kabelu. To znamená, že novou metodu je již v podstatě
možné implementovat v rámci existující nebo současnými prostředky jednoduše
realizovatelné optické síťové infrastruktury ve velkých městech.
Vše tedy nasvědčuje tomu, že první komerční kvantově-kryptografický systém může
spatřit světlo světa už během velmi blízké budoucnosti.









Komentáře
K tomuto článku není připojena žádná diskuze, nebo byla zakázána.