Квантовая криптография, почти реальность
07.08.2003
Один из самых авторитетных технологических журналов, MIT Enterprise Technology Review в феврале опубликовал список десяти наиболее быстро развивающихся технологий, способных изменить мир. Квантовая криптография — одна из них.
Одни футурологи считают, что наступивший век станет веком оптики, другие говорят о господстве квантовой физики. Квантовая криптография лежит на перекрестке этих дисциплин. Не исключено, что именно квантовая криптография может стать первым практическим результатом технологий XXI века.
В большинстве своем все статьи про квантовую криптографию начинаются со сравнения этой схемы с двумя классическими и хорошо известными схемами — с симметричным и асимметричным распределением ключей. Затем следует представление физических принципов квантовой криптографии. Парадоксально, но несмотря на всю серьезность предмета основные идеи, лежащие в основе квантовой криптографии, настолько просты, что популярное введение было напечатано в журнале для школьников [1]. Существует более продвинутое популярное введение [2], а также огромное количество статей, где излагаются физические принципы и история вопроса.
В надежде на то, что физики не читают «Открытые системы», ограничимся сообщением, что в основе квантовой криптографии лежит телепортация фотонов, в процессе которой фотон пересылается от передатчика приемнику. При этом обнаруживается замечательная для криптографии особенность данного способа передачи, которая заключается в том, что «подслушивание» теоретически невозможно. В основе этого утверждения лежит принцип неопределенности Гейзенберга, который постулирует, что любое поползновение внедриться в канал передачи — т.е. произвести измерение в квантовой системе — неизбежно приведет к ее нарушению и будет зафиксировано принимающей стороной. В результате образуется абсолютно защищенный канал, но у этого канала есть один теоретически непреодолимый недостаток: он не в состоянии обеспечить высокую пропускную способность, а поэтому может быть использован только для обмена ключами. Это ограничение являлось настолько значительным, что об использовании квантовой криптографии до сих пор говорили только в будущем времени. Однако ситуация стремительно меняется.
 |
Фотография Женевского озера, сделанная со спутника |
Квантовая криптография еще не вышла на уровень практического использования, но приблизилась к нему. В мире существует несколько организаций, где ведутся активные исследования в области квантовой криптографии. Среди них IBM, GAP-Optique, Mitsubishi, Toshiba, Национальная лаборатория в Лос-Аламосе, Калифорнийский технологический институт (Caltech), а также молодая компания MagiQ и холдинг QinetiQ, поддерживаемый британским министерством обороны. Диапазон участников — от крупнейших мировых вендоров до небольших начинающих компаний — свидетельствует о начальном периоде в формировании рыночного сегмента, когда в нем на равных могут участвовать и те, и другие.
В IBM продолжаются фундаментальные исследования в области квантовых вычислений [6], начатые группой во главе с Чарльзом Беннеттом, который в 1984 году вместе с Жилем Броссардом предложил простую схему защищенного квантового распределения ключей. Схема получила известность под названием «протокол BB84». О практических достижениях IBM в квантовой криптографии в последние годы известно немногое; эти работы ведутся без излишней рекламы.
Особое место занимает созданная на основе Женевского университета компания GAP (Group of Applied Phisics) Optique. Компания с европейскими академическими корнями сохраняет традиции научных публикаций; для тех, кто серьезно заинтересуется квантовой криптографией, несомненно, будут интересны две статьи авторов из GAP [4, 5]. О том, что квантовая криптография выходит из лабораторного состояния можно судить хотя бы потому, что в 2003 году о ней пишет и бизнес-пресса (в частности, New York Times), и популярные издания (в том числе, National Geographic). Под руководством Николаса Гисина GAP-Optique совмещает теоретические исследования с практической деятельностью. Компании впервые удалось передать ключ на расстояние 67 километров из Женевы в Лозанну, воспользовавшись почти промышленным образцом аппаратуры [7].
Этот рекорд был побит компанией Mitsubishi Electric, которой удалось передать квантовый ключ на расстояние 87 километров; скорости еще очень невелики, всего 7,2 бит в секунду.
Исследования в области квантовой криптографии ведутся и в европейском исследовательском центре Toshiba Research Europe, расположенном в Кембридже. Отчасти они спонсируются английским правительством; в них участвуют сотрудники Кембриджского университета и Империал-колледжа в Лондоне. Сейчас им удается передавать фотоны на расстояние до 100 километров; есть надежда, что через три года будут выпущены коммерческие продукты.
Компания MagiQ Technologies была основана в 1999 году на средства пула крупных финансовых институтов. Помимо собственных сотрудников с ней сотрудничают научные работники из целого ряда университетов США, Канады, Великобритании и Германии. До последнего времени вела скрытное существование и заявила о себе после того, как сочла себя готовой к объявлению готовящегося коммерческого продукта, но и после него ясного представления о нем пока нет. В качестве кодового имени для средства для распределения ключей (quantum key distribution, QKD) избрано имя племени индейцев навахо. Известно, что во время Второй мировой войны язык навахо использовался для передачи особо секретных сообщений: лиц, знавших его за пределами Соединенных Штатов попросту не было. Navajo способен в реальном времени генерировать и распространять ключи средствами квантовых технологий, он должен обеспечивать защиту от внутренних и внешних злоумышленников. По сообщениям, Navajo находится в состоянии бета-тестирования и станет коммерчески доступным в конце года. Вице-президентом MagiQ является Алексей Трифонов, наш соотечественник, защитивший докторскую диссертацию Санкт-Петербургском университете в 2000 году.
QinetiQ — своего рода исследовательская корпорация, поддерживаемая министерством обороны Великобритании. Она появилась на свет в результате деления британского агентства DERA (Defence Evaluation and Research Agency) в 2001 году, вобрав в себя все неядерные оборонные исследования. В силу этой специфики в QinetiQ не особенно расположены делиться своими достижениями.
Литература
