Российские ученые обновили мировой рекорд в эффективности систем квантовой криптографии

Российские ученые сократили долю ключа, расходуемую на аутентификацию классических данных до 1%, а также предложили новый алгоритм коррекции ошибок на основе полярных кодов. 

Работы ученых были опубликованы в журналах IEEE Transactions on Information Theory и IEEE Communication Letters.

Оба этих достижения увеличат эффективность работы существующих систем квантового распределения ключей. Существенную роль в эффективности таких систем играет классическая постобработка – набор процедур, направленный на исправление ошибок в квантовых ключах, а также исключению из него потенциально доступной злоумышленнику информации. Для реализации процедуры постобработки необходим классический аутентифицированный канал связи, поэтому важным параметром также является затраты квантового ключа на аутентификацию. 

Улучшение алгоритмов классической постобработки приведет к увеличению скорости генерации ключей и снижению стоимости интеграции оборудования в будущем.   

Рынок квантовых технологий пока только формируется. Согласно «дорожной карте» по развитию квантовых коммуникаций, которую курирует ОАО «РЖД», до 2024 года в это высокотехнологичное направление в России будет инвестировано 16,7 млрд руб. Сегодня уже существуют рабочие решения, которые можно встраивать в существующую инфраструктуру. Но их потенциал пока еще не раскрыт в полной мере. Возможности технологии будут расти в процессе ее совершенствования. 

«Квантовая криптография перспективна, в первую очередь, для защиты каналов связи, по которым передается ценная стратегическая информация. Особенно если речь идет о данных с длительным сроком хранения или переговорах топ-менеджмента. По мере развития цифровизации общества будут появляться новые сценарии применения оборудования для квантового распределения ключей, например защита беспилотного транспорта от массового взлома» — говорит Юрий Курочкин, CTO QRate, директор центра компетенций НТИ “Квантовые коммуникации” в МИСиС».

Первое достижение — это новый алгоритм коррекции ошибок на основе полярных кодов, который более устойчив к внешним проявлениям среды. Таким образом, устройства для квантового распределения ключей смогут работать стабильно не только в идеальных лабораторных условиях, но и в реальных ситуациях, когда параметры окружающей среды могут иметь значительные отклонения из-за воздействия разных факторов. Это особенно важно для индустриальных устройств квантовой криптографии, функционирующих в условиях реальных городских линий связи. Научная статья вышла в издании IEEE Communication Letters . 

Второе достижение — это сокращение доли ключа, необходимой для аутентификации классических данных, передаваемых в ходе классической постобработки. В системах квантовой криптографии часть ключа, который был распределен ранее, используется для аутентификации классических сообщений в последующих раундах генерации ключей. Чем этот расход меньше, тем эффективнее работает система в целом.  В новом протоколе аутентификации доля ключа, затрачиваемая на подтверждение подлинности трафика, значительно уменьшилась и может составлять менее доли процента. Научная статья опубликована в издании IEEE Transactions on Information Theory.

«Информационная безопасность — одна из ключевых потребностей современного общества. При разработке новых технологий для защиты данных мы должны принимать во внимание не только существующие, но и будущие угрозы. Внедрение квантового распределения ключей позволяет обеспечить принципиально новый уровень защиты, что делает его устойчивым по отношению к будущим атакам. При этом происходит постоянное совершенствование — научные разработки позволяют улучшать продукты и технологии. В данном случае мы предлагаем новые программные инструменты для оптимизации работы устройств квантового распределения ключей, поэтому они быстро интегрируются в устройства QRate» – отмечает Алексей Федоров, руководитель научной группы Российского квантового центра, PhD по физике.

Оба открытия влияют на развитие технологии квантовой криптографии. Увеличение эффективности работы устройств для квантового распределения ключей ускорит массовое внедрение и расширит сферы применения этой технологии в будущем. 

Заметили неточность или опечатку в тексте? Выделите её мышкой и нажмите: Ctrl + Enter. Спасибо!