WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

КВАНТОВАЯ КРИПТОГРАФИЯ: ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ Яшин К.Д., Баркалин В.В., Осипович В.С., Лисовец П.В., Апанасевич А.В., Навоша А.И.

Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники, Минск, Беларусь Квантовая криптография – процесс передачи сообщений, абсолютно защищённый от постороннего вмешательства. Основной задачей криптографии является обеспечение защиты сообщения, передаваемого от отправителя к получателю не по специальному закрытому, а по обычному открытому каналу связи. При этом речь идёт о гарантированной защите информации от несанкционированного её съёма противником. В основе квантовой криптографии лежит главный постулат, согласно которому, взаимодействие квантовой системы с измерительным прибором (приёмником сообщения) необратимым образом меняет первоначальное состояние этой системы, сформированной передатчиком. Таким образом, квантовая криптография имеет целью создание фундаментально защищенных от прослушивания каналов распространения криптографических ключей. В качестве ключа используются случайные последовательности нулей и единиц, полученных в результате измерений выбранной физической величины. Измеряемой физической величиной может выступать частота, поляризация, энергия фотона. Процесс выработки ключа основан на вероятностной природе результатов измерения в квантовой механике. А так как по результатам измерения невозможно восстановить волновую функцию системы, которой она описывалась до измерения, попытка вмешаться в процесс передачи информации будет детектирована.

Разработаем поэтапную схему процесса подготовки и передачи сообщения при помощи квантовой криптографии от момента формирования данного сообщения до момента получения его исполнителем-адресатом.

Генерация Формирование Кодирование квантовокриптографичес сообщения сообщения кого ключа Получение сообщения Передача сообщения Декодирование адресатом адресату Рисунок 1 Схема передвижения сообщения 1. Командир имеет необходимость отправить сообщение-приказ:

«ВАШ ОБЪЕКТ 15 СРОК ВЫПОЛНЕНИЯ 3».

2. Видно, что даже на этой стадии сообщение является некоторой шифровкой, требующей специального анализа. Далее существуют два возможных варианта дальнейшего передвижения сообщения к адресату.

2.1. Первый вариант. Сообщение кодируется (шифруется) одним из способов классической криптографии. Скажем методом «Пси». Следует заметить, что невзламываемых криптографических ключей не существует.

На декодирование сообщения требуется некоторое время;

все криптографические ключи нацелены на увеличение этого времени. После зашифровки классическим методом «Пси» получаем некоторое закодированное сообщение, некоторый ряд пятизначных цифр (табл.1), которые затем преобразовываются в машинный код: последовательность нулей и единиц.

Таблица 1 Результат кодирования сообщения методом «Пси» (набор пятизначных чисел) 57830 41852 57937 58126 95248 35698 89132 32842 65418 69872 38125 35978 21598 32894 35412 2.2. Второй вариант. Сообщение сразу преобразовывается в машинный код без предварительного шифрования классическими методами.

Таким образом, после пункта 2 получаем сообщение, преобразованное в нули и единицы, готовое к отправке.

3. Следующий шаг продвижения сообщения к адресату. Это генерация квантовокриптографического ключа. Последовательность операций генерации ключа выглядит следующим образом [1,2].

3.1. Пользователями канала заранее выбираются две фиксированные частоты 1 и 2, такие, что 1+2= 0. 1 приписывается логическое значение «1», 2 – логическое значение «0». В каждом измерении пользователи независимо друг от друга выбирают случайным образом либо один из узкополосных фотодетекторов, настроенных на измерение 1 или 2, либо широкополосный.

3.2. Проводится серия измерений по схеме совпадений событий у пользователей.

3.3. С помощью открытого канала пользователи отбрасывают измерения, в которых не было срабатывания детекторов хотя бы одного из них.

3.4 Сообщают друг другу по открытому каналу номера измерений, в которых использовались однотипные (широкополосный или узкополосный) фотодетекторы, но не сообщают, какой именно из узкополосных фотодетекторов использовался (для 1 или 2) 3.5 Так как были отброшены измерения, где не было срабатывания хотя бы одного из фотодетекторов, измерения, в которых применялись узкополосные фотодетекторы, оказываются полностью коррелированны – если один из пользователей в результате измерения обнаружил фотон с энергией ћ1, то он может быть уверен, что другой пользователь в эксперименте с тем же по счёту номером обнаружил фотон с энергией ћ2.

После обращения полученной логической последовательности одним из пользователей они у обоих совпадут. Эти последовательности – ключ.

1 – камера-шлюз;

2 – загрузочная камера;

3 – система откачки;

4 – оже спектрометр;

5 – смотровое окно;

6 – электронная пушка;

7 – ионная пушка для очистки поверхности перед осаждением эпитаксиального слоя;

8 – подложкодержатель п/п пластин;

9 – полупроводниковые пластины для формирования ГЭС (гетероэпитаксиальной структуры);

10 – блок испарения;

11 – тигель с осаждаемым веществом;

12 – система нагрева тиглей.

Рисунок 2 Схема установки МЛЭ В данном случае приведена последовательность генерации кода, применимая при использовании двух узкополосных источников единичных фотонов, способных излучать фотоны с близкими энергиями E1 (h1) и E (h2) с частотами, отличающимися на величину порядка 1 - 2 =105 Гц. Для чего можно использовать квантовые точки, в которых время жизни электрона на возбуждённом квантоворазмерном уровне составляет величину порядка 10-9с. Источники единичных фотонов получают методами МЛЭ (молекулярно-лучевой эпитаксии). Типовая установка МЛЭ отражена на рисунке 2 [3].

4. Передача информации (сообщения) единичными фотонами по беспроводному либо оптоволоконному каналу с использованием ключа, полученного в пункте 3.

5. Фотодетектирование – приём фотонов, прошедших через используемый канал связи. В результате данного процесса получаем ряд из нулей и единиц, который готов к декодированию.

6. Расшифровка (декодирование) полученного сообщения (приказа):

ряда чисел, приведенного в таблице 1.

Литература 1. V.Barkalin, Quantum fiber-optical networks’ modelling and design.- In LSS’98 IFAC/IFORS/IMACS/IFIP Symp. on Lage Scale Systems: Theory and Application, July 15-17, 1998, Patras, Greese//Proceedings, p. 189-294.

2. С.Н.Молотков, С.С.Назин, ЖЭТФ, 11, 882 (1996).

3. Ключников В.П., Яшин К.Д., Проблемы и перспективы разработки полупроводниковых гетероэпитаксиальных структур для электронной техники.// журнал «Техника средств связи», серия «Технология, производство, оборудование», вып. 2, 1990.




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.