Ученые создали квантовую "Энигму", систему шифрования, которую практически невозможно взломать - «Наука и технологии»

Исследователи из университета Рочестера (University of Rochester), проведя ряд предварительных теоретических исследований, создали систему квантового шифрования, которая позволяет безопасно передавать сообщения с ключом, длина которого намного короче длины самого сообщения. До последнего времени все коммуникационные системы, которые считаются максимально безопасными, основаны на принципах, определенных американским математиком Клодом Шенноном (Claude Shannon). В свое время Шеннон разработал систему кодирования и передачи двоичной информации, которая не поддается взлому при соблюдении трех условий - ключ шифрования используется только один раз, он абсолютно случаен и его длина должна быть не меньше длины самого сообщения.

Квантовая блокировка данных (Quantum data locking) - это метод шифрования, разработанный Сетом Ллойдом (Seth Lloyd), профессором квантовой информатики из Массачусетского технологического института. Для передачи сообщения этим методом используются фотоны, частицы света. Ранее считалось, что этот метод не обеспечивает максимального уровня защиты данных, но позже Ллойд, введя в этот метод дополнительные элементы, использующие явления, происходящие на границе материи и света, сделал его безопасным насколько это вообще возможно.

Если двоичная система может манипулировать только двумя значениями, значениями логической 1 и 0, то фотоны света могут иметь большее количество переменных параметров. В случае фотонов может варьироваться угол поляризации, амплитуда и его длина волны. Из-за большего количества параметров фотоны являются идеальным вариантом для систем квантовых коммуникаций. Они обеспечивают большое значение так называемой неопределенности квантовых измерений, что при должном подходе позволяет использовать ключ шифрования, длина которого во много раз короче, нежели длина самого сообщения.

Система, разработанная Сетом Ллойдом, до последнего времени существовала только в теории. И воплощением этой теории в жизнь как раз и занимались ученые из университета Рочестера. Созданное ими устройство получило название "Энигма" в честь небезызвестной немецкой шифровальной машины времен Второй Мировой войны.

Представим, что некто Эллис собирается послать зашифрованное сообщение Бобу. Она использует устройство, производящее поток фотонов света, которые попадают в пространственный оптический модулятор (spatial light modulator, SLM), который изменяет параметры отдельных фотонов, к примеру, амплитуду и угол поляризации. Кроме этого, SLM-модулятор проделывает с фотонами еще одну вещь - он искажает форму самого фотона определенным образом так, что у всех фотонов нет общего четко определенного центра. Эллис и Боб знают ключ, который определяет как кодирование информации, так и последовательность искажения формы фотонов. Используя свой собственный SLM-модулятор, Боб может выполнить обратное преобразование фотонов, сгладить их форму и получить доступ к данным, закодированным в их параметрах.

Наряду с технологией искажения формы фотонов ученые использовали в своих целях принцип квантовой неопределенности, который говорит о то, чем больше мы знаем об какой-нибудь одной характеристике квантовой частицы, тем меньше мы знаем об остальных ее параметрах. Используя такую "причуду" исследователи смогли надежно закодировать шесть бит классической информации, используя для этого всего один бит ключа шифрования.

Основной задачей системы квантового шифрования является исключение возможности перехвата сообщения третьим лицом. Здесь используется один из основных принципов квантовой механики, говорящий о том, что простое измерение квантового состояния системы приводит к изменению этого состояния. В результате у третьего лица имеется только одна возможность для перехвата и расшифровки сообщения, что практически невозможно с учетом почти бесконечного количества вариантов состояний, в которых может находиться один фотон света.

"Весьма маловероятно, что данная технология может работать при передаче фотонов света через атмосферу, слишком уж много искажений возникают в фотонах при этом" - пишут исследователи, - "Сейчас подобная система может работать только через высококачественное оптическое волокно. Но с учетом того, что данная область находится еще в "зачаточном состоянии", все вышесказанное может измениться в недалеком будущем".