Кванттық кілт тарату (QKD) – кванттық механика негізіндегі қауіпсіз байланыс әдісі. Кілт жасау, хабарды шифрлау және үшінші тараптың араласуын анықтау мүмкіндігін ұсынады.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Қауіпсіз байланыс әдісі
Secure communication method
Кванттық кілт тарату (QKD) – кванттық механиканың элементтерін қолданатын криптографиялық протоколды жүзеге асыратын қауіпсіз байланыс әдісі. Ол екі тарапқа өздеріне ғана белгілі кездейсоқ құпия кілт жасауға мүмкіндік береді, одан кейін ол хабарламаларды шифрлау және оларды ашып алу үшін қолданылуы мүмкін. Кванттық кілт тарату процесін кванттық криптографиямен шатастыруға болмайды, себебі ол кванттық криптографиялық міндеттің ең белгілі мысалы болып табылады. Кванттық кілт таратудың маңызды және ерекше қасиеті – екі қарым-қатынас жасайтын пайдаланушының кілтті білуге тырысатын кез келген үшінші тараптың бар екенін анықтау мүмкіндігі. Бұл кванттық механиканың негізгі принципінен туындайды: кванттық жүйені өлшеу процесі, әдетте, жүйеге бұрмалаушылық әсер етеді. Кілтті ұрлауға тырысатын үшінші тарап оны бір жолмен өлшеуі керек, осылайша анықтамалы аномалияларды енгізеді. Кванттық суперпозицияларды немесе кванттық байланысты пайдалану және ақпаратты кванттық күйде тарату арқылы, тыңдауды анықтайтын байланыс жүйесін құруға болады. Егер тыңдау деңгейі белгілі бір шектен төмен болса, кілттің қауіпсіздігі кепілдендіріледі (яғни, тыңдаушы оның туралы ешқандай ақпаратқа ие емес). Әйтпесе, қауіпсіз кілт жасау мүмкін емес, және байланыс тоқтатылады. Кванттық кілт таратуды қолданатын шифрлаудың қауіпсіздігі кванттық механиканың негіздеріне сүйенеді, бұл дәстүрлі ашық кілт криптографиясынан өзгеше, ол белгілі бір математикалық функцияларды есептеу қиындығына сүйенеді және бір бағытты функцияларды кері қайтарудың нақты күрделілігі туралы ешқандай математикалық дәлел келтіре алмайды. QKD ақпараттық теорияға негізделген және алдын ала құпиялылықты қамтамасыз ететін дәлелденген қауіпсіздікке ие. Кванттық кілт таратудың басты кемшілігі – ол көбінесе аутентификацияланған классикалық байланыс арнасын қажет етеді. Қазіргі криптографияда аутентификацияланған классикалық арнаның болуы, жеткілікті ұзындықтағы симметриялық кілт немесе жеткілікті қауіпсіздік деңгейіндегі ашық кілттер алмастырылғанын білдіреді. Мұндай ақпарат қолда бар болған жағдайда, практикада QKD қолданбай, аутентификацияланған және жеткілікті қауіпсіз байланысқа қол жеткізуге болады, мысалы, Advanced Encryption Standard-тың Galois/Counter Mode режимін пайдалану арқылы. Осылайша, QKD ағынды шифрлау жұмысын әлдеқайда қымбатқа түсіреді. Кванттық кілт тарату тек кілтті жасау және тарату үшін қолданылады, ешқандай хабарлама деректерін тарату үшін емес. Бұл кілт кез келген таңдалған шифрлау алгоритмімен хабарламаны шифрлау (және оны ашып алу) үшін пайдаланылуы мүмкін, содан кейін ол стандартты байланыс арнасы арқылы жіберілуі мүмкін. QKD-мен ең көп байланысты алгоритм – бір реттік тақташа (one-time pad), себебі ол құпия, кездейсоқ кілтпен қолданылған кезде қауіпсіздігі дәлелденген. Нақты жағдайларда ол көбінесе Advanced Encryption Standard алгоритмі сияқты симметриялық кілт алгоритмдерін қолдана отырып шифрлаумен де қолданылады.
Quantum key distribution (QKD) is a secure communication method that implements a cryptographic protocol involving components of quantum mechanics. It enables two parties to produce a shared random secret key known only to them, which then can be used to encrypt and decrypt messages. The process of quantum key distribution is not to be confused with quantum cryptography, as it is the best known example of a quantum cryptographic task. An important and unique property of quantum key distribution is the ability of the two communicating users to detect the presence of any third party trying to gain knowledge of the key. This results from a fundamental aspect of quantum mechanics: the process of measuring a quantum system in general disturbs the system. A third party trying to eavesdrop on the key must in some way measure it, thus introducing detectable anomalies. By using quantum superpositions or quantum entanglement and transmitting information in quantum states, a communication system can be implemented that detects eavesdropping. If the level of eavesdropping is below a certain threshold, a key can be produced that is guaranteed to be secure (i. e., the eavesdropper has no information about it). Otherwise no secure key is possible, and communication is aborted. The security of encryption that uses quantum key distribution relies on the foundations of quantum mechanics, in contrast to traditional public key cryptography, which relies on the computational difficulty of certain mathematical functions, and cannot provide any mathematical proof as to the actual complexity of reversing the one way functions used. QKD has provable security based on information theory, and forward secrecy. The main drawback of quantum key distribution is that it usually relies on having an authenticated classical channel of communication. In modern cryptography, having an authenticated classical channel means that one already has exchanged either a symmetric key of sufficient length or public keys of sufficient security level. With such information already available, in practice one can achieve authenticated and sufficiently secure communication without using QKD, such as by using the Galois/Counter Mode of the Advanced Encryption Standard. Thus QKD does the work of a stream cipher at many times the cost. Quantum key distribution is used to produce and distribute only a key, not to transmit any message data. This key can then be used with any chosen encryption algorithm to encrypt (and decrypt) a message, which can then be transmitted over a standard communication channel. The algorithm most commonly associated with QKD is the one time pad, as it is provably secure when used with a secret, random key. In real world situations, it is often also used with encryption using symmetric key algorithms like the Advanced Encryption Standard algorithm.
Кванттық кілт алмасу
Кванттық байланыс классикалық байланыстың биттерді пайдалануынан өзгеше, ақпаратты кванттық күйде немесе кубиттерде кодтауды қамтиды. Әдетте, фотондар осы кванттық күйлер үшін қолданылады. Кванттық кілт тарату осы кванттық күйлердің белгілі бір қасиеттерін пайдаланып, қауіпсіздігін қамтамасыз етеді. Кванттық кілт таратудың бірнеше әртүрлі тәсілдері бар, бірақ оларды қандай қасиетті пайдаланғанына байланысты екі негізгі санатқа бөлуге болады. Дайындау және өлшеу протоколдары Классикалық физикадан айырмашылығы, өлшеу амалы кванттық механиканың ажырамас бөлігі болып табылады. Жалпы, белгісіз кванттық күйді өлшеу сол күйді бір жолмен өзгертеді. Бұл кванттық белгісіздіктің салдары және оны байланыс бойынша тыңшылықты анықтау үшін пайдалануға болады (ол міндетті түрде өлшеуді қамтиды) және, ең бастысы, ұсталған ақпараттың мөлшерін есептеу үшін. Түйісуге негізделген протоколдар Екі (немесе одан да көп) жеке нысандардың кванттық күйлері оларды жеке нысандар ретінде емес, біріктірілген кванттық күймен сипаттау қажеттігі сияқты байланыстырылуы мүмкін. Бұл түйісу деп аталады және мысалы, бір нысанды өлшеу екіншісіне әсер етеді дегенді білдіреді. Егер екі тарап арасында түйіскен нысандар жұбы ортақ болса, кез келген тарап олардың біреуін немесе екеуін ұстап алған жағдайда, жүйенің жалпы күйін өзгертіп, үшінші тараптың бар екенін (және олар алған ақпараттың мөлшерін) ашады. Бұл екі тәсілді әрқайсысы үш протоколдар тобына бөлуге болады: дискретті айнымалы, үздіксіз айнымалы және бөлінген фазалық сілтеме кодтамасы. Дискретті айнымалы протоколдары алғашқылардың бірі болып ойлап табылды және олар ең көп қолданылатыны болып қала береді. Қалған екі топ негізінен тәжірибелердің практикалық шектеулерін жеңумен айналысады. Төменде сипатталған екі протокол да дискретті айнымалы кодтамасын қолданады.
Quantum communication involves encoding information in quantum states, or qubits, as opposed to classical communication's use of bits. Usually, photons are used for these quantum states. Quantum key distribution exploits certain properties of these quantum states to ensure its security. There are several different approaches to quantum key distribution, but they can be divided into two main categories depending on which property they exploit. Prepare and measure protocols In contrast to classical physics, the act of measurement is an integral part of quantum mechanics. In general, measuring an unknown quantum state changes that state in some way. This is a consequence of quantum indeterminacy and can be exploited in order to detect any eavesdropping on communication (which necessarily involves measurement) and, more importantly, to calculate the amount of information that has been intercepted. Entanglement based protocols The quantum states of two (or more) separate objects can become linked together in such a way that they must be described by a combined quantum state, not as individual objects. This is known as entanglement and means that, for example, performing a measurement on one object affects the other. If an entangled pair of objects is shared between two parties, anyone intercepting either object alters the overall system, revealing the presence of the third party (and the amount of information they have gained). These two approaches can each be further divided into three families of protocols: discrete variable, continuous variable and distributed phase reference coding. Discrete variable protocols were the first to be invented, and they remain the most widely implemented. The other two families are mainly concerned with overcoming practical limitations of experiments. The two protocols described below both use discrete variable coding.
E91 протоколы: Артур Экерт (1991)
Артур Экерттің схемасы фотондардың өзара байланысқан жұптарын қолданады. Бұларды Алиса, Боб немесе екеуінен бөлек көздер, тіпті тыңдаушы Ева да жасауы мүмкін. Фотондар бөліседі, соның салдарынан Алиса мен Бобтың әрқайсысы әр жұптан бір фотон алады. Схема екі қасиетке негізделген. Біріншіден, байланысқан күйлер толық корреляцияланған, яғни егер Алиса мен Боб екеуі де өз бөлшектерінің тік немесе көлденең поляризациясын өлшесе, олар 100% ықтималдықпен бірдей нәтиже алады. Егер олар кез келген басқа толықтырғыш (ортогональды) поляризация жұбын өлшесе де осылай болады. Бұл екі қашықтағы тараптың бағыттың синхрондауын қажет етеді. Дегенмен, нақты нәтижелер толығымен кездейсоқ; Алиса (демек, Боб) тік немесе көлденең поляризация алатынын болжауы мүмкін емес. Екіншіден, Еваның тыңдау әрекеті осы корреляцияны Әлиса мен Боб байқай алатын тәсілмен бұзады. BB84 протоколы сияқты, Еваның бар екенін анықтамас бұрын жеке өлшеу протоколы қолданылады. Өлшеу кезеңінде Алиса алған әрбір фотонды белгілі бір негізді пайдаланып өлшейді, ал Боб негізді қайша бұрылғандығын таңдайды. Олар өлшемдер аяқталғанға дейін негіз таңдауларын құпия сақтайды. Фотондардың екі тобы құрылады: біріншісі Алиса мен Бобтың бірдей негізді қолданып өлшеген фотондарынан тұрады, ал екіншісі қалған барлық фотондарды қамтиды. Тыңдауды анықтау үшін олар Алиса мен Бобтың негіздері арасындағы корреляция коэффициенттерін пайдаланып тест статистикасын есептей алады, бұл Белл сынақтарында көрсетілгенге ұқсас. Толық байланысқан фотондар жағдайында нәтиже тең болар еді. Егер осылай болмаса, Алиса мен Боб Еваның жүйеге жергілікті реализмді енгізгенін, Белл теоремасын бұзғанын қорытындылай алады. Протокол сәтті аяқталса, кілттерді жасау үшін бірінші топты қолдануға болады, себебі бұл фотондар Әлиса мен Боб арасында толығымен антикорреляцияланған.
Artur Ekert's scheme uses entangled pairs of photons. These can be created by Alice, by Bob, or by some source separate from both of them, including eavesdropper Eve. The photons are distributed so that Alice and Bob each end up with one photon from each pair. The scheme relies on two properties of entanglement. First, the entangled states are perfectly correlated in the sense that if Alice and Bob both measure whether their particles have vertical or horizontal polarizations, they always get the same answer with 100% probability. The same is true if they both measure any other pair of complementary (orthogonal) polarizations. This necessitates that the two distant parties have exact directionality synchronization. However, the particular results are completely random; it is impossible for Alice to predict if she (and thus Bob) will get vertical polarization or horizontal polarization. Second, any attempt at eavesdropping by Eve destroys these correlations in a way that Alice and Bob can detect. Similarly to BB84, the protocol involves a private measurement protocol before detecting the presence of Eve. The measurement stage involves Alice measuring each photon she receives using some basis from the set while Bob chooses from where is the basis rotated by They keep their series of basis choices private until measurements are completed. Two groups of photons are made: the first consists of photons measured using the same basis by Alice and Bob while the second contains all other photons. To detect eavesdropping, they can compute the test statistic using the correlation coefficients between Alice's bases and Bob's similar to that shown in the Bell test experiments. Maximally entangled photons would result in If this were not the case, then Alice and Bob can conclude Eve has introduced local realism to the system, violating Bell's theorem. If the protocol is successful, the first group can be used to generate keys since those photons are completely anti aligned between Alice and Bob.
Құрылғыға тәуелсіз кванттық кілт үлестірілуі
Дәстүрлі ККД-да қолданылатын кванттық құрылғылар мінсіз калибрленген, сенімді және күтілгендей жұмыс істеуі тиіс. Күтілетін өлшемдерден ауытқуларды анықтау өте қиын болуы мүмкін, бұл жүйенің бүкіл қауіпсіздігіне нұқсан келтіреді. Жаңа протокол, құрылғыға тәуелсіз ККД (DIQKD) немесе өлшеу құрылғысына тәуелсіз ККД (MDIQKD) деп аталады, бұл сипатталмаған немесе сенімсіз құрылғыларды пайдалануға және күтілетін өлшемдерден ауытқуларды жүйеге енгізуге мүмкіндік береді. Бұл ауытқулар анықталған жағдайда протоколдың тоқтауына себеп болады, бұрыс деректерге әкелмейді. Бұл BB84 протоколының негізінде құрылған. Зерттеушілер DIQKD-де кванттық құрылғының, оны фотон көзі деп атайды, Әлиса мен Бобтың құрылғысының дұрыс жұмыс істейтінін "өздігінен тексеруге" арналған сынақтармен бірге жасалуын ұсынды. Мұндай сынақ Еваның қанша ақпаратты ұрлай алатынын анықтау үшін классикалық кіріс және шығыстарды ғана қарастыруы керек. Өздігінен тексерілетін немесе "идеалды" көзді сипаттаудың қажеті жоқ, сондықтан ол іске асыру қателіктеріне ұшырамайды. Арақашықтық шегі, сондай-ақ жылдамдық-қашықтық арақатынасы деп те аталады, Әлиса мен Боб арасындағы қашықтық артқан сайын кілт жасау жылдамдығының экспоненциалды түрде төмендеуін сипаттайды. Дәстүрлі ККД протоколдарында бұл төмендеу физикалық түрде қорғалған релелік түйіндерді қосу арқылы жойылды, оларды кванттық байланыстың шығын аз бөліктерге бөлу мақсатымен орналастыруға болады. Зерттеушілер сондай-ақ кванттық ретрансляторларды пайдалануды ұсынды, олар релелік түйіндерге қосылғанда оларды физикалық түрде қорғау қажеттігін жояды.
In traditional QKD, the quantum devices used must be perfectly calibrated, trustworthy, and working exactly as they are expected to. Deviations from expected measurements can be extremely hard to detect, which leaves the entire system vulnerable. A new protocol called device independent QKD (DIQKD) or measurement device independent QKD (MDIQKD) allows for the use of uncharacterized or untrusted devices, and for deviations from expected measurements to be included in the overall system. These deviations will cause the protocol to abort when detected, rather than resulting in incorrect data. building off of the BB84 protocol. They presented that in DIQKD, the quantum device, which they refer to as the photon source, be manufactured to come with tests that can be run by Alice and Bob to "self check" if their device is working properly. Such a test would only need to consider the classical inputs and outputs in order to determine how much information is at risk of being intercepted by Eve. A self checking, or "ideal" source would not have to be characterized, and would therefore not be susceptible to implementation flaws. The rate distance limit, also known as the rate loss trade off, describes how as distance increases between Alice and Bob, the rate of key generation decreases exponentially. In traditional QKD protocols, this decay has been eliminated via the addition of physically secured relay nodes, which can be placed along the quantum link with the intention of dividing it up into several low loss sections. Researchers have also recommended the use of quantum repeaters, which when added to the relay nodes make it so that they no longer need to be physically secured.
Ақпаратты үйлестіру және жеке өмірді қорғау
Жоғарыда сипатталған кванттық кілт тарату протоколдары Алиса мен Бобқа дерлік бірдей ортақ кілттерді, сондай-ақ кілттер арасындағы айырмашылықты бағалау мүмкіндігін береді. Бұл айырмашылықтар тыңшылықтың салдары болуы мүмкін, бірақ тарату желісі мен детекторлардың жетілмеушілігінен де туындауы мүмкін. Осы екі типтегі қателерді ажырату мүмкін болмағандықтан, кепілді қауіпсіздік үшін барлық қателер тыңшылықтан деп есептеу қажет. Егер кілттер арасындағы қателік деңгейі белгілі бір шектен (2002 жылы 27,6%) төмен болса, екі қадам орындалуы мүмкін: біріншіден, қателі біттерді жою, екіншіден, Еваның кілт туралы білуін кез келгеннен кішкентай мәнге дейін азайту. Бұл екі қадам ақпаратты келісу және құпиялылықты күшейту деп аталады және алғаш рет 1992 жылы сипатталған. Ақпаратты келісу – Алиса мен Бобтың кілттерінің сәйкес келуін қамтамасыз ету үшін олардың арасында жүзеге асырылатын қателерді түзету түрі. Бұл қоғамдық арна арқылы жүргізіледі, сондықтан әрбір кілт туралы берілетін ақпаратты барынша азайту маңызды, өйткені оны Ева оқи алады. Ақпаратты келісу үшін қолданылатын әдеттегі протокол – 1994 жылы ұсынылған каскадтық протокол. Ол бірнеше раундтан тұрады, әр раундта екі кілт блоктарға бөлінеді және осы блоктардың паритеті салыстырылады. Егер паритетте айырмашылық табылса, қатені анықтап түзету үшін екілік іздеу жүргізіледі. Егер қате бұрынғы раундтың блогында табылса, онда сол блокта басқа қате болуы керек; бұл қате де бұрынғыдай табылып түзетіледі. Бұл процесс рекурсивті түрде қайталанады, соның салдарынан протокол каскадтық деп аталады. Барлық блоктар салыстырылғаннан кейін, Алиса мен Боб екеуі де кілттерін бірдей кездейсоқ тәртіппен қайта реттейді, содан кейін жаңа раунд басталады. Көптеген раундтардан кейін Алиса мен Бобтың кілттері жоғары ықтималдықпен сәйкес келеді; алайда, Ева алмасқан паритет ақпаратынан кілт туралы қосымша ақпарат алады. Бірақ, кодтау теориясы тұрғысынан алғанда, ақпаратты келісу – бұл қосымша ақпаратпен бастапқы кодтау. Сәйкесінше, осы мәселеге сәйкес келетін кез келген кодтау схемасын ақпаратты келісу үшін пайдалануға болады. Соңғы уақыттарда турбокодтар, LDPC кодтары және полярлық кодтар осы мақсатта қолданылып, каскадтық протоколдың тиімділігін арттырады. Құпиялылықты күшейту – Еваның Алиса мен Бобтың кілті туралы толық емес ақпаратын азайту (және тиімді жою) әдісі. Бұл толық емес ақпарат кванттық арнада кілтті беру кезінде тыңшылық арқылы (осылайша анықталатын қателер туындайды) және ақпаратты келісу кезінде қоғамдық арнада алынуы мүмкін (онда Ева барлық мүмкін паритет ақпаратын алады деп есептеледі). Құпиялылықты күшейту Алиса мен Бобтың кілтін пайдаланып, жаңа, қысқа кілтті жасайды, сонда Ева жаңа кілт туралы мардымсыз ақпаратқа ие болады. Бұл кездейсоқтық экстракторын пайдалану арқылы жүзеге асырылады, мысалы, жалпыға белгілі функциялар жиынтығынан кездейсоқ таңдалған әмбебап хэш-функцияны қолдану арқылы, ол кілтке тең ұзындықтағы екілік тізбекті кіріс ретінде қабылдайды және таңдалған қысқа ұзындықтағы екілік тізбекті шығарады. Жаңа кілттің қысқару мөлшері Еваның ескі кілт туралы қанша ақпарат алуы мүмкін екеніне байланысты есептеледі (бұл қателердің енгізілуіне байланысты белгілі), Еваның жаңа кілт туралы кез келген білімге ие болу ықтималдығын өте төмен деңгейге дейін азайту үшін.
The quantum key distribution protocols described above provide Alice and Bob with nearly identical shared keys, and also with an estimate of the discrepancy between the keys. These differences can be caused by eavesdropping, but also by imperfections in the transmission line and detectors. As it is impossible to distinguish between these two types of errors, guaranteed security requires the assumption that all errors are due to eavesdropping. Provided the error rate between the keys is lower than a certain threshold (27.6% as of 2002), two steps can be performed to first remove the erroneous bits and then reduce Eve's knowledge of the key to an arbitrary small value. These two steps are known as information reconciliation and privacy amplification respectively, and were first described in 1992. Information reconciliation is a form of error correction carried out between Alice and Bob's keys, in order to ensure both keys are identical. It is conducted over the public channel and as such it is vital to minimise the information sent about each key, as this can be read by Eve. A common protocol used for information reconciliation is the cascade protocol, proposed in 1994. This operates in several rounds, with both keys divided into blocks in each round and the parity of those blocks compared. If a difference in parity is found then a binary search is performed to find and correct the error. If an error is found in a block from a previous round that had correct parity then another error must be contained in that block; this error is found and corrected as before. This process is repeated recursively, which is the source of the cascade name. After all blocks have been compared, Alice and Bob both reorder their keys in the same random way, and a new round begins. At the end of multiple rounds Alice and Bob have identical keys with high probability; however, Eve has additional information about the key from the parity information exchanged. However, from a coding theory point of view information reconciliation is essentially source coding with side information. In consequence any coding scheme that works for this problem can be used for information reconciliation. Lately turbocodes, LDPC codes and polar codes have been used for this purpose improving the efficiency of the cascade protocol. Privacy amplification is a method for reducing (and effectively eliminating) Eve's partial information about Alice and Bob's key. This partial information could have been gained both by eavesdropping on the quantum channel during key transmission (thus introducing detectable errors), and on the public channel during information reconciliation (where it is assumed Eve gains all possible parity information). Privacy amplification uses Alice and Bob's key to produce a new, shorter key, in such a way that Eve has only negligible information about the new key. This is performed using a randomness extractor, for example, by applying a universal hash function, chosen at random from a publicly known set of such functions, which takes as its input a binary string of length equal to the key and outputs a binary string of a chosen shorter length. The amount by which this new key is shortened is calculated, based on how much information Eve could have gained about the old key (which is known due to the errors this would introduce), in order to reduce the probability of Eve having any knowledge of the new key to a very low value.
Коммерциялық
Әлемдегі көптеген компаниялар коммерциялық кванттық кілт тарату қызметтерін ұсынады, мысалы: ID Quantique (Женева), MagiQ Technologies, Inc. (Нью-Йорк), QNu Labs (Бенгалуру, Үндістан), QuintessenceLabs (Австралия), QRate (Ресей), SeQureNet (Париж), Quantum Optics Jena (Германия) және KEEQuant (Германия). Тағы бірнеше компаниялар белсенді зерттеу бағдарламаларын жүргізіп жатыр, олардың ішінде KETS Quantum Security (Ұлыбритания), Toshiba, HP, IBM, Mitsubishi, NEC және NTT (тікелей зерттеу сілтемелері үшін Сыртқы сілтемелер бөлімін қараңыз). 2004 жылы Венада (Австрия) кванттық кілт таратуды қолданатын әлемдегі алғашқы банктік аударым орындалды. 2007 жылғы 21 қазанда өткен ұлттық сайлауда Швейцарияның Женева кантонында (штатында) дауыс беру нәтижелерін астанаға жіберу үшін швейцариялық Id Quantique компаниясы ұсынған кванттық шифрлау технологиясы пайдаланылды. 2013 жылы Battelle Memorial Institute ID Quantique компаниясы құрастырған QKD жүйесін Огайо штатының Колумбус қаласындағы бас кампусы мен жақын орналасқан Дублиндегі өндіріс орны арасында орнатты. Токио QKD желісінің сынақтары біраз уақыттан бері жүргізіліп келеді.
Many companies around the world offer commercial quantum key distribution, for example: ID Quantique (Geneva), MagiQ Technologies, Inc. (New York), QNu Labs (Bengaluru, India), QuintessenceLabs (Australia), QRate (Russia), SeQureNet (Paris), Quantum Optics Jena (Germany) and KEEQuant (Germany). Several other companies also have active research programs, including KETS Quantum Security (UK), Toshiba, HP, IBM, Mitsubishi, NEC and NTT (See External links for direct research links). In 2004, the world's first bank transfer using quantum key distribution was carried out in Vienna, Austria. Quantum encryption technology provided by the Swiss company Id Quantique was used in the Swiss canton (state) of Geneva to transmit ballot results to the capital in the national election occurring on 21 October 2007. In 2013, Battelle Memorial Institute installed a QKD system built by ID Quantique between their main campus in Columbus, Ohio and their manufacturing facility in nearby Dublin. Field tests of Tokyo QKD network have been underway for some time.
DARPA
DARPA Quantum Network – АҚШ-тың Массачусетс штатында 2004 жылдан 2007 жылға дейін күні-түні, үздіксіз төрт жыл бойы жұмыс істеген 10 түйінді кванттық кілт тарату желісі. Оны BBN Technologies, Гарвард университеті, Бостон университеті, сондай-ақ IBM Research, Ұлттық стандарттар және технологиялар институты және QinetiQ компаниялары бірлесіп әзірледі. Бұл желі кванттық кілт тарату арқылы қорғалған, стандарттарға негізделген Интернет компьютерлік желісін қолдады.
The DARPA Quantum Network, was a 10 node quantum key distribution network, which ran continuously for four years, 24 hours a day, from 2004 to 2007 in Massachusetts in the United States. It was developed by BBN Technologies, Harvard University, Boston University, with collaboration from IBM Research, the National Institute of Standards and Technology, and QinetiQ. It supported a standards based Internet computer network protected by quantum key distribution.
SECOQC
2008 жылдың қазан айында Венада өткен ғылыми конференцияда кванттық кілт тарату арқылы қорғалған әлемдегі алғашқы компьютерлік желі іске қосылды. Бұл желі SECOQC (кванттық криптографияға негізделген қауіпсіз байланыс) деп аталады және жобаға Еуроодақ қаржы бөлді. Желі Вена қаласының алты орны мен 69 шақырым батысқа орналасқан Сент-Пөлтен қаласын байланыстыру үшін 200 шақырым стандартты оптикалық талшық кабельді пайдаланды.
The world's first computer network protected by quantum key distribution was implemented in October 2008, at a scientific conference in Vienna. The name of this network is SECOQC (Secure Communication Based on Quantum Cryptography) and the EU funded this project. The network used 200 km of standard fibre optic cable to interconnect six locations across Vienna and the town of St Poelten located 69 km to the west.
SwissQuantum компаниясы
Id Quantique компаниясы нақты ортада Кванттық Кілт Тарату (QKD) жүйесін сынау бойынша ең ұзаққа созылған жобаны сәтті аяқтады. 2009 жылдың наурыз айында Женева қалалық аймағында орнатылған SwissQuantum желісінің басты мақсаты – QKD-нің ұзақ мерзімді үздіксіз жұмыс істеу кезіндегі сенімділігі мен тұрақтылығын растау болды. Кванттық қабат жоба 2011 жылдың қаңтарында, жоспарланған сынақ мерзімі аяқталғаннан кейін тоқтатылар болғанға дейін, шамамен 2 жыл бойы жұмыс істеді.
Id Quantique has successfully completed the longest running project for testing Quantum Key Distribution (QKD) in a field environment. The main goal of the SwissQuantum network project installed in the Geneva metropolitan area in March 2009, was to validate the reliability and robustness of QKD in continuous operation over a long time period in a field environment. The quantum layer operated for nearly 2 years until the project was shut down in January 2011 shortly after the initially planned duration of the test.
Қытай желілері
2009 жылдың мамыр айында Қытайдың Уху қаласында иерархиялық кванттық желі демонстрацияланды. Бұл иерархиялық желі бірнеше кіші желілерді байланыстыратын төрт түйінді тірек желісінен тұрды. Негізгі түйіндер оптикалық коммутациялық кванттық маршрутизатор арқылы байланыстырылды. Әрбір кіші желідегі түйіндер де оптикалық коммутатор арқылы байланыстырылды, ал олар сенімді реле арқылы тірек желісіне қосылды. 2016 жылдың тамызында іске қосылған QUESS ғарыш миссиясы Қытай мен Австрияның Вена қаласындағы Кванттық оптика және кванттық ақпарат институты арасында халықаралық QKD каналын құрды – жердегі қашықтығы 7600 км, бұл алғашқы континентаралық қауіпсіз кванттық бейне байланысын мүмкін етті. 2017 жылдың қазанына қарай Пекин, Цзинань, Хэфэй және Шанхай арасында 2000 км талшықты желі пайдалануға берілді. Олар бірігіп әлемдегі алғашқы ғарыш-жер кванттық желісін құрайды. 2020 жылға қарай Еуропа–Азия кванттық шифрланған желісін, ал 2030 жылға қарай жаһандық желіні құруға мүмкіндік беретін 10 Micius/QUESS спутнигі күтілуде.
In May 2009, a hierarchical quantum network was demonstrated in Wuhu, China. The hierarchical network consisted of a backbone network of four nodes connecting a number of subnets. The backbone nodes were connected through an optical switching quantum router. Nodes within each subnet were also connected through an optical switch, which were connected to the backbone network through a trusted relay. Launched in August 2016, the QUESS space mission created an international QKD channel between China and the Institute for Quantum Optics and Quantum Information in Vienna, Austria − a ground distance of , enabling the first intercontinental secure quantum video call. By October 2017, a 2,000 km fiber line was operational between Beijing, Jinan, Hefei and Shanghai. Together they constitute the world's first space ground quantum network. Up to 10 Micius/QUESS satellites are expected, allowing a European–Asian quantum encrypted network by 2020, and a global network by 2030.
Токио QKD желісі
Токиодағы QKD желісі UQCC2010 конференциясының бірінші күні іске қосылды. Бұл желі 7 серіктес арасындағы халықаралық ынтымақтастықты қамтиды: NEC, Mitsubishi Electric, NTT және NICT (Жапониядан), сондай-ақ Еуропадан Toshiba Research Europe Ltd. (Ұлыбритания), Id Quantique (Швейцария) және All Vienna (Австрия) қатысады. "All Vienna" Австрия Технологиялық институтының (AIT), Кванттық оптика және кванттық ақпарат институтының (IQOQI) және Вена университетінің ғалымдарымен ұсынылған.
The Tokyo QKD Network was inaugurated on the first day of the UQCC2010 conference. The network involves an international collaboration between 7 partners; NEC, Mitsubishi Electric, NTT and NICT from Japan, and participation from Europe by Toshiba Research Europe Ltd. (UK), Id Quantique (Switzerland) and All Vienna (Austria). "All Vienna" is represented by researchers from the Austrian Institute of Technology (AIT), the Institute for Quantum Optics and Quantum Information (IQOQI) and the University of Vienna.
Лос-Аламос ұлттық зертханасы
2011 жылдан бері Лос-Аламос ұлттық зертханасы хаб және спикалық желіні пайдаланып келеді. Барлық хабарламалар хаб арқылы бағытталады. Жүйе желідегі әрбір түйінді кванттық таратушылармен – яғни лазерлермен – жабдықтайды, бірақ қымбат және көлемді фотон детекторларымен жабдықтамайды. Кванттық хабарламаларды тек хаб қабылдайды. Байланыс құру үшін әрбір түйін хабқа бір реттік кілт жібереді, содан кейін оны классикалық байланыс арқылы қауіпсіз байланыс үшін пайдаланады. Хаб бұл хабарламаны екінші түйінден алынған тағы бір бір реттік кілтті пайдаланып, басқа түйінге бағыттай алады. Желінің қауіпсіздігі тек орталық хабтың қауіпсіздігіне байланысты. Жеке түйіндерге лазерден басқа көп нәрсе қажет емес: прототиптік түйіндердің көлемі бір қорап күкірт қоспадай.
A hub and spoke network has been operated by Los Alamos National Laboratory since 2011. All messages are routed via the hub. The system equips each node in the network with quantum transmitters—i. e., lasers—but not with expensive and bulky photon detectors. Only the hub receives quantum messages. To communicate, each node sends a one time pad to the hub, which it then uses to communicate securely over a classical link. The hub can route this message to another node using another one time pad from the second node. The entire network is secure only if the central hub is secure. Individual nodes require little more than a laser: Prototype nodes are around the size of a box of matches.
Бүркіт-1
2024 жылы ESA Eagle 1 спутнигін – ғарыштағы эксперименталды кванттық кілт тарату жүйесін ұшыруды жоспарлап отыр.
In 2024, the ESA plans to launch the satellite Eagle 1, an experimental space based quantum key distribution system.
Ортадағы адам шабуыл
Кванттық кілт тарату, кез келген классикалық протокол сияқты, аутентификациясыз қолданылғанда «ортадағы адам» шабуылына ұшырайды, себебі кванттық механиканың белгілі бір принципі досты жаудан ажырата алмайды. Классикалық жағдайдағыдай, Алиса мен Боб бір-бірін растай алмайды және бір-бірінің сәйкестігін тексеру құралдары болмаса (мысалы, бастапқы ортақ құпия), қауіпсіз байланыс орната алмайды. Егер Алиса мен Бобтың бастапқы ортақ құпиясы болса, олар осы кілтті экспоненциалды түрде кеңейту үшін кванттық кілт таратумен бірге, шартты түрде қауіпсіз аутентификация схемасын (мысалы, Картер-Вегман) пайдалана алады, ал жаңа кілттің шағын бөлігі келесі сессияны аутентификациялау үшін қолданылады. Осы бастапқы ортақ құпияны құрудың бірнеше әдістері ұсынылған, мысалы үшінші тарапты пайдалану немесе хаос теориясы. Дегенмен, шартты түрде қауіпсіз аутентификация үшін тек «күшті әмбебап» хеш функциялар ғана қолданылуы мүмкін.
Quantum key distribution is vulnerable to a man in the middle attack when used without authentication to the same extent as any classical protocol, since no known principle of quantum mechanics can distinguish friend from foe. As in the classical case, Alice and Bob cannot authenticate each other and establish a secure connection without some means of verifying each other's identities (such as an initial shared secret). If Alice and Bob have an initial shared secret then they can use an unconditionally secure authentication scheme (such as Carter Wegman,) along with quantum key distribution to exponentially expand this key, using a small amount of the new key to authenticate the next session. Several methods to create this initial shared secret have been proposed, for example using a 3rd party or chaos theory. Nevertheless, only "almost strongly universal" family of hash functions can be used for unconditionally secure authentication.
Фотондар санын бөлу шабуыл
BB84 протоколында Алиса Бобқа кванттық күйлерді жеке фотондарды пайдалану арқылы жібереді. Іс жүзінде көптеген жүзеге асырулар кванттық күйлерді жіберу үшін өте төмен деңгейге дейін әлсіретілген лазерлік импульстарды қолданады. Бұл лазерлік импульстарда өте аз мөлшерде фотондар болады, мысалы, импульске 0,2 фотон, олар Пуассон таралымы бойынша таралады. Бұл дегеніміз, көптеген импульстарда фотондар мүлдем болмайды (импульс жіберілмейді), кейбір импульстарда 1 фотон (қажеттісі) және аздаған импульстарда 2 немесе одан да көп фотондар болады. Егер импульсте бір фотондан артық болса, Ева артық фотондарды бөліп алып, қалған фотонды Бобқа жібере алады. Бұл фотон санының бөлінуіне негізделген шабуыл, онда Ева осы артық фотондарды кванттық жадта сақтайды, Боб қалған фотонды анықтағанға дейін және Алиса кодтау негізін ашады. Содан кейін Ева өзінің фотондарын дұрыс негізде өлшеп, анықталатын қателерді тудырмай кілт туралы ақпарат ала алады. PNS шабуылының мүмкіндігіне қарамастан, GLLP қауіпсіздік дәлелі көрсеткендей, қауіпсіз кілтті жасау әлі де мүмкін; алайда, қазіргі көздер төмен тиімділікпен жұмыс істейтіндіктен, кілт жылдамдықтары мен тарату қашықтықтары шектеулі. Тағы бір шешім – BB84 протоколын өзгерту, мысалы, SARG04 протоколында жасалғандай, онда қауіпсіз кілт жылдамдығы өседі. Ең перспективалы шешім – алдау күйлері, және бірнеше QKD эксперименттерінде барлық белгілі шабуылдарға қарсы жоғары кілт жылдамдықтарын қамтамасыз етуге мүмкіндік береді.
In the BB84 protocol Alice sends quantum states to Bob using single photons. In practice many implementations use laser pulses attenuated to a very low level to send the quantum states. These laser pulses contain a very small number of photons, for example 0.2 photons per pulse, which are distributed according to a Poisson distribution. This means most pulses actually contain no photons (no pulse is sent), some pulses contain 1 photon (which is desired) and a few pulses contain 2 or more photons. If the pulse contains more than one photon, then Eve can split off the extra photons and transmit the remaining single photon to Bob. This is the basis of the photon number splitting attack, where Eve stores these extra photons in a quantum memory until Bob detects the remaining single photon and Alice reveals the encoding basis. Eve can then measure her photons in the correct basis and obtain information on the key without introducing detectable errors. Even with the possibility of a PNS attack a secure key can still be generated, as shown in the GLLP security proof; However, as current sources operate at a low efficiency and frequency key rates and transmission distances are limited. Another solution is to modify the BB84 protocol, as is done for example in the SARG04 protocol, in which the secure key rate scales as The most promising solution is the decoy states and in several follow up QKD experiments, allowing for high key rates secure against all known attacks.
Қызмет көрсетуден бас тарту
Қазіргі уақытта кванттық кілт тарату арқылы байланыстырылған екі нүкте арасында арнайы оптикалық талшық желісі (немесе ашық кеңістікте тікелей көру сызығы) қажет болғандықтан, қызметтен бас тарту шабуылын осы желіні кесіп немесе тосқауылдау арқылы жүзеге асыруға болады. Осы себепті кванттық кілт тарату желілерін дамыту қажет, олардың арқасында байланыс бұзылған жағдайда басқа бағыттар арқылы жалғасады.
Because currently a dedicated fibre optic line (or line of sight in free space) is required between the two points linked by quantum key distribution, a denial of service attack can be mounted by simply cutting or blocking the line. This is one of the motivations for the development of quantum key distribution networks, which would route communication via alternate links in case of disruption.
Трояндық аттың шабуылдары
Кванттық кілт тарату жүйесі Ева тарапынан кванттық арнаға күшті жарық жіберіп, «Трояндық ат» шабуылы кезіндегі кері шағылыстарды талдау арқылы тексерілуі мүмкін. Жақында жасалған зерттеуде Еваның Бобтың құпия негізін 90%-дан жоғары дәлдікпен анықтай алатыны және осы арқылы жүйенің қауіпсіздігін бұзатыны көрсетілді.
A quantum key distribution system may be probed by Eve by sending bright light into the quantum channel and analyzing the back reflections in a Trojan horse attack. In a recent research study it has been shown that Eve discerns Bob's secret basis choice with higher than 90% probability, breaching the security of the system.
Кванттық хакерлік
Хакерлік шабуылдар QKD протоколының жұмыс істеуіндегі осалдықтарды немесе QKD жүйесін құруда қолданылатын физикалық құрылғылардың құрамдас бөліктерінің кемшіліктерін нысаналайды. Кванттық кілт таратуда қолданылатын жабдықты бұзуға мүмкіндік болса, онда ол кездейсоқ сандар генераторына шабуыл жасау арқылы қауіпсіз емес кілттерді жасауға мәжбүр болуы мүмкін. Шабуылдардың тағы бір кең таралған түрі – Трояндық ат шабуылы, ол аяқтағыштарға физикалық қол жеткізуді қажет етпейді: Алиса мен Бобтың жеке фотондарын оқуға тырысудың орнына, Ева Алисаға жіберілген фотондардың арасында үлкен жарық импульсін жібереді. Алисаның жабдығы Еваның жарығын шағылыстырып, Алисаның базасының күйін ашады (мысалы, поляризатор). Бұл шабуылды анықтауға болады, мысалы, классикалық детекторды пайдаланып Алисаның жүйесіне кіретін заңсыз сигналдарды (яғни, Еваның жарығын) тексеру арқылы. Сондай-ақ, көптеген хакерлік шабуылдарды іске асыруды өзгерту арқылы жеңіске жетуге болады деп болжанады, бірақ формалды дәлел жоқ. Қазір бірнеше басқа шабуылдар белгілі, оның ішінде жалған күй шабуылдары, фазалық қайта бейнелеу шабуылдары және уақыт ығысу шабуылдары. Уақыт ығысу шабуылы коммерциялық кванттық криптожүйеде де көрсетілген. Бұл үйде жасалмаған кванттық кілт тарату жүйесіне қарсы кванттық хакерлік әрекеттің алғашқы демонстрациясы. Кейіннен фазалық қайта бейнелеу шабуылы арнайы конфигурацияланған, зерттеуге бағытталған ашық QKD жүйесінде де көрсетілді (Швейцариялық Id Quantique компаниясы жасаған және олардың Quantum Hacking бағдарламасы бойынша ұсынған). Бұл коммерциялық QKD жүйелерінде кеңінен қолданылатын QKD іске асыруының үстіне жасалған «ұстап алу және қайта жіберу» шабуылдарының біріншісі. Бұл жұмыс туралы БАҚ-та кеңінен хабарланды. 2010 жылы барлық кілтті із қалдырмай тыңдай алатын алғашқы шабуыл жасалды. Эксперименттік түрде көрсетілді, екі коммерциялық құрылғыдағы бір фотонды детекторларды арнайы жарықтандыру арқылы толықтай қашықтан басқаруға болады. Содан кейін жарық көрген көптеген жарияланымдарда Норвегиядағы Норвегия ғылым және технология университеті мен Германиядағы Жарық ғылымы институты Макс Планк арасындағы ынтымақтастық, қақпаланған режимде жұмыс істейтін лавиналық фотодиодтардың (APD) әлсіздіктеріне негізделген коммерциялық QKD жүйелерін сәтті тыңдаудың бірнеше әдістерін көрсетті. Бұл коммуникациялық желілерді қорғаудың жаңа тәсілдерін зерттеуге серпін берді.
Hacking attacks target vulnerabilities in the operation of a QKD protocol or deficiencies in the components of the physical devices used in construction of the QKD system. If the equipment used in quantum key distribution can be tampered with, it could be made to generate keys that were not secure using a random number generator attack. Another common class of attacks is the Trojan horse attack which does not require physical access to the endpoints: rather than attempt to read Alice and Bob's single photons, Eve sends a large pulse of light back to Alice in between transmitted photons. Alice's equipment reflects some of Eve's light, revealing the state of Alice's basis (e. g., a polarizer). This attack can be detected, e. g. by using a classical detector to check the non legitimate signals (i. e. light from Eve) entering Alice's system. It is also conjectured that most hacking attacks can similarly be defeated by modifying the implementation, though there is no formal proof. Several other attacks including faked state attacks, phase remapping attacks, and time shift attacks are now known. The time shift attack has even been demonstrated on a commercial quantum cryptosystem. This is the first demonstration of quantum hacking against a non homemade quantum key distribution system. Later on, the phase remapping attack was also demonstrated on a specially configured, research oriented open QKD system (made and provided by the Swiss company Id Quantique under their Quantum Hacking program). It is one of the first 'intercept and resend' attacks on top of a widely used QKD implementation in commercial QKD systems. This work has been widely reported in media. The first attack that claimed to be able to eavesdrop the whole key without leaving any trace was demonstrated in 2010. It was experimentally shown that the single photon detectors in two commercial devices could be fully remote controlled using specially tailored bright illumination. In a spree of publications thereafter, the collaboration between the Norwegian University of Science and Technology in Norway and Max Planck Institute for the Science of Light in Germany, has now demonstrated several methods to successfully eavesdrop on commercial QKD systems based on weaknesses of avalanche photodiodes (APDs) operating in gated mode. This has sparked research on new approaches to securing communications networks.
Жалған кванттық кілт үлестірілуі
Құпия кілтті тарату міндеті тіпті бөлшектің (жасырын ақпарат, мысалы поляризация, кодталған) кванттық арна арқылы өтетін болмаған жағдайда да, Тхэ Гон Нох әзірлеген протокол арқылы орындалуы мүмкін. Мұнда Алиса фотонды жасайды, ол кейін өлшенбей, бір мезгілде (а) және (б) жолдарында болудың суперпозициясы күйінде қалады. (a) жолы Алисаның қауіпсіз құрылғысында қалады, ал (б) жолы Бобқа жіберіледі. Боб алған фотондарды қабылдамай, ал оған келмеген фотондарды ғана қабылдау арқылы Боб пен Алиса қауіпсіз арна құра алады, яғни Еваның контрафактілік фотондарды оқуға жасаған әрекеттері анықталады. Бұл протокол фотонның жіберілу мүмкіндігінің тіпті жіберілмеген жағдайда да әсер ететін кванттық құбылысын пайдаланады. Сонымен қатар, «қимыл-әрекетсіз өлшеу» деп аталатын осы кванттық эффекті де қолданылады, мысалы, бомбаны сынау мәселесінде, тәжірибеші оларды жарылмастан қай бомбалардың жарамсыз екенін анықтай алады, бірақ бұл тек контрафактілік мағынада ғана мүмкін.
The task of distributing a secret key could be achieved even when the particle (on which the secret information, e. g. polarization, has been encoded) does not traverse through the quantum channel using a protocol developed by Tae Gon Noh. Here Alice generates a photon which, by not taking a measurement until later, exists in a superposition of being in paths (a) and (b) simultaneously. Path (a) stays inside Alice's secure device and path (b) goes to Bob. By rejecting the photons that Bob receives and only accepting the ones he doesn't receive, Bob & Alice can set up a secure channel, i. e. Eve's attempts to read the counterfactual photons would still be detected. This protocol uses the quantum phenomenon whereby the possibility that a photon can be sent has an effect even when it is not sent. So called interaction free measurement also uses this quantum effect, as for example in the bomb testing problem, whereby an experimenter can conceptually determine which bombs are not duds without setting them off, except in a counterfactual sense.
Тарих
Кванттық криптографияны алғаш Стивен Виснер ұсынды, ол сол кезде Нью-Йорктегі Колумбия университетінде оқыды. 1970-ші жылдардың басында ол кванттық конъюгаттық кодтау концепциясын енгізді. Оның маңызды "Конъюгаттық кодтау" атты мақаласы IEEE Information Theory журналында жарияланудан бас тартты, бірақ ақырында 1983 жылы SIGACT News-те (15:1, 78–88 б., 1983 ж.) жарияланды. Осы мақалада ол екі хабарды екі "конъюгаттық өлшем" арқылы кодтап, сақтау немесе жіберуге болатынын көрсетті, мысалы, жарықтың сызықтық және дөңгелек поляризациясы, сонда тек біреуін ғана, бірақ екеуін емес қабылдап, декодтауға болады. Ол өзінің идеясын жасауға болмайтын банкноттардың дизайнымен мысал келтірді. Он жыл өткен соң, осы жұмыстың негізінде IBM Томас Дж. Уотсон зерттеу орталығының Чарльз Х. Беннетт және Монреаль университетінің Жилль Брассард Виснердің "конъюгаттық өлшемдеріне" негізделген қауіпсіз байланыс әдісін ұсынды. 1990 жылы Оксфорд университетінің Вольфсон колледжінің докторанты Артур Экерт кванттық байланысқа негізделген кванттық кілт таратудың басқа тәсілін жасады.
Quantum cryptography was proposed first by Stephen Wiesner, then at Columbia University in New York, who, in the early 1970s, introduced the concept of quantum conjugate coding. His seminal paper titled "Conjugate Coding" was rejected by IEEE Information Theory but was eventually published in 1983 in SIGACT News (15:1 pp. 78–88, 1983). In this paper he showed how to store or transmit two messages by encoding them in two "conjugate observables", such as linear and circular polarization of light, so that either, but not both, of which may be received and decoded. He illustrated his idea with a design of unforgeable bank notes. A decade later, building upon this work, Charles H. Bennett, of the IBM Thomas J. Watson Research Center, and Gilles Brassard, of the University of Montreal, proposed a method for secure communication based on Wiesner's "conjugate observables". In 1990, Artur Ekert, then a PhD student at Wolfson College, University of Oxford, developed a different approach to quantum key distribution based on quantum entanglement.
Болашақ
Қазіргі коммерциялық жүйелер негізінен жоғары қауіпсіздік талаптары бар үкіметтер мен корпорацияларға бағытталған. Мұндай жағдайларда кілттерді курьерлік жеткізу әдетте қолданылады, себебі дәстүрлі кілт тарату схемалары жеткілікті кепілдік бере алмайды деп саналады. Бұл қашықтыққа байланысты емес, және ұзақ сапар уақытына қарамастан, үлкен сыйымдылыққа ие портативті сақтау құрылымдарының болуына байланысты деректерді беру жылдамдығы жоғары болуы мүмкін. Кванттық кілт таратудың басты ерекшелігі – кілттің кез келген ұсталып қалуын анықтау мүмкіндігі, ал курьерлік жеткізуде кілттің қауіпсіздігін растау немесе тексеру мүмкін емес. QKD (кванттық кілт тарату) жүйелері автоматтандырылған, қауіпсіз адам-курьер желісімен салыстырғанда сенімділігі жоғары және пайдалану шығындары төмен. Кактың үш кезеңді протоколы, классикалық алгоритмдерді қолданатын криптографиялық түрлендіруден өзгеше, толығымен кванттық қауіпсіз байланыс әдісі ретінде ұсынылған. Кванттық кілт таратуды жоғары қауіпсіздік аймақтарынан тыс кеңінен пайдалануға кедеріс келтіретін факторларға жабдық құны және қолданыстағы кілт алмасу протоколдарына нақты қауіптің болмауы жатады. Дегенмен, көптеген елдерде оптикалық талшық желілері бар, сондықтан кеңінен қолдану үшін инфрақұрылым құрылған. Кванттық криптографиядағы стандарттау мәселелерін шешу үшін Еуропалық телекоммуникациялық стандарттар институтының (ETSI) Өнеркәсіптік спецификация тобы (ISG) құрылды. Еуропалық метрология институттары арнайы жобалар аясында QKD жүйелерінің компоненттерін сипаттауға қажетті өлшемдерді әзірлеп жатыр. Toshiba Europe бизнестегі инновациялар үшін Physics институтының беделді сыйлығымен марапатталды. Бұл Toshiba компаниясының екі онжылдық зерттеулер нәтижесінде дамытқан, қазіргі және болашақ кибер қауіптерден байланыс инфрақұрылымын қорғайтын және кванттық интернетке жол ашатын, Ұлыбританияда өндірілген өнімдерді коммерцияландырған ізашарлық QKD технологиясын мойындау болып табылады. Toshiba сонымен қатар QKD үшін шешімдер санатында Semi Grand Prix сыйлығын алды және CEATEC AWARD 2021-дің экономика, сауда және өнеркәсіп министрінің сыйлығын жеңіп алды, бұл сыйлықтар Жапонияның жетекші электроника индустриясы сауда көрмесі CEATEC-те табыс етілді.
The current commercial systems are aimed mainly at governments and corporations with high security requirements. Key distribution by courier is typically used in such cases, where traditional key distribution schemes are not believed to offer enough guarantee. This has the advantage of not being intrinsically distance limited, and despite long travel times the transfer rate can be high due to the availability of large capacity portable storage devices. The major difference of quantum key distribution is the ability to detect any interception of the key, whereas with courier the key security cannot be proven or tested. QKD (quantum key distribution) systems also have the advantage of being automatic, with greater reliability and lower operating costs than a secure human courier network. Kak's three stage protocol has been proposed as a method for secure communication that is entirely quantum unlike quantum key distribution in which the cryptographic transformation uses classical algorithms. Factors preventing wide adoption of quantum key distribution outside high security areas include the cost of equipment, and the lack of a demonstrated threat to existing key exchange protocols. However, with optic fibre networks already present in many countries the infrastructure is in place for a more widespread use. An Industry Specification Group (ISG) of the European Telecommunications Standards Institute (ETSI) has been set up to address standardisation issues in quantum cryptography. European Metrology Institutes, in the context of dedicated projects, are developing measurements required to characterise components of QKD systems. Toshiba Europe has been awarded a prestigious Institute of Physics Award for Business Innovation. This recognises Toshiba's pioneering QKD technology developed over two decades of research, protecting communication infrastructure from present and future cyber threats, and commercialising UK manufactured products which pave the road to the quantum internet. Toshiba also took the Semi Grand Prix award in the Solutions Category for the QKD has won the Minister of Economy, Trade and Industry Award in CEATEC AWARD 2021, the prestigious awards presented at CEATEC, Japan's premier electronics industry trade show.