Naukowcy dowodzą bezpieczeństwa kryptologii kwantowej Naukowcy z Belgii i Hiszpanii po raz pierwszy udowodnili, że nowe systemy kryptologii kwantowej są znacznie pewniejsze od obecnych systemów zabezpieczających. Źródłem unijnego wsparcia badań był projekt Q-ESSENCE (Interfejsy, czujniki i komunikacja kwantowa oparte na splątaniu... Naukowcy z Belgii i Hiszpanii po raz pierwszy udowodnili, że nowe systemy kryptologii kwantowej są znacznie pewniejsze od obecnych systemów zabezpieczających. Źródłem unijnego wsparcia badań był projekt Q-ESSENCE (Interfejsy, czujniki i komunikacja kwantowa oparte na splątaniu), który otrzymał niemal 5 mln EUR z tematu "Technologie informacyjne i komunikacyjne" (TIK) Siódmego Programu Ramowego (7PR) oraz projekt PERCENT (Perkolacyjne splątanie i źródła informacji kwantowej poprzez sieci kwantowe), któremu przyznano 700.000 EUR w ramach grantu Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych (ERBN) dla początkujących naukowców 7PR. Wyniki badań zostały opublikowane w czasopiśmie Nature Communications. Według naukowców z Wolnego Uniwersytetu Brukselskiego (ULB) w Belgii oraz Instytutu Fotoniki w Barcelonie, Hiszpania, wykorzystując klucze generowane za pomocą cząstek kwantowych transmisja danych może być gwarantowana przez same prawa fizyki. Według praw mechaniki kwantowej obserwowanie cząstki w jej stanie kwantowym de facto zmienia jej stan, co oznacza, że w przypadkach, w których cząstki kwantowe są wykorzystywane jako klucze w transmisji danych, "szpiegostwo" może zostać z łatwością i niezwłocznie wykryte. Jak zauważają naukowcy w swoim artykule, "głównym problemem w kryptografii jest dystrybucja wśród oddalonych od siebie użytkowników tajnych kluczy, które można wykorzystywać na przykład do bezpiecznego szyfrowania wiadomości". Twierdzą, że "to zadanie jest niemożliwe w klasycznej kryptografii, chyba że przyjęte zostaną założenia o mocy obliczeniowej intruza. Natomiast dystrybucja kluczy kwantowych zabezpiecza przed przeciwnikami o bezgranicznej mocy obliczeniowej." Ta zasada stoi za wszystkimi ważniejszymi systemami kryptografii kwantowej, jakie są dostępne na rynku, niemniej słabe strony sposobu ich wdrożenia w przeszłości pozostawiały je otwarte na atak "hakerów kwantowych", skłaniając naukowców do poszukiwania skuteczniejszych sposobów zabezpieczania danych. Na podstawie podoktoranckich prac Jonathana Barretta, naukowcy z ULB opracowali metodologię, która nie opiera się na identyfikacji zmian w stanie kwantowym cząstek. Zamiast tego, urządzenia kwantowe zostały wykorzystane jako "czarne skrzynki", które odbierają i przesyłają dane. Jeżeli zarówno nadawca, jak i odbiorca są w stanie wykrywać pewne korelacje między danymi generowanymi przez swoje skrzynki, wówczas można zagwarantować bezpieczeństwo klucza kwantowego. To nie tylko sprawia, że wszelkie próby szpiegowania danych stają się całkowicie bezcelowe, ale także podnosi bezpieczeństwo transmisji danych do granicy naszego obecnego rozumienia praw fizyki. Do udowodnienia pozostaje jednak jeszcze rzeczywiste bezpieczeństwo tego nowego podejścia, gdyż testy skupiły się jedynie na kilku ograniczonych atakach. Naukowcy Stefano Pironio z Wydziału Nauki ULB oraz Lluis Masanes i Antonio Acín z Instytutu Fotoniki w Barcelonie wykazali, że to nowe podejście umożliwia generowanie kluczy w rozsądnym tempie, porównywalnym do tego już wykorzystywanego w istniejących systemach, zapewniając przy tym całkowite bezpieczeństwo. Napisali w Nature Communications, że ich praca zapewnia "ogólny formalizm do udowodnienia bezpieczeństwa" protokołów dystrybucji kluczy kwantowych. "Realizuje się to w pojęciu najsilniejszego bezpieczeństwa, uniwersalnie porządkowanego bezpieczeństwa, według którego tajny klucz wygenerowany przez protokół jest nie do odróżnienia od idealnego tajnego klucza" - wyjaśniają. Chociaż ich "dowód" opiera się na pomniejszym założeniu na temat sposobu funkcjonowania urządzeń kwantowych, wyniki badań pokazują całkiem wyraźnie, że to nowe podejście jest rzeczywiście realne co do zasady, otwierając drogę do bezpieczniejszych form kryptografii kwantowej. Jak podsumowują: "Nasza praca przyczynia się do zmniejszenia luki między teoretycznymi dowodami bezpieczeństwa a praktycznymi realizacjami dystrybucji kluczy kwantowych."Więcej informacji: ULB: http://www.ulb.ac.be Nature Communications: http://www.nature.com/ncomms Q-ESSENCE: http://qurope.eu/projects/qessence Kraje Belgia, Hiszpania
