Скрытые угрозы: уязвимости в квантовой связи

Команда инженеров из Университета Торонто сделала увлекательное открытие — они нашли новые многомерные побочные каналы в существующих квантовых коммуникационных протоколах. Эти уязвимости связаны с квантовыми источниками, которые генерируют частицы, такие как фотоны (вроде крошечных светящихся шариков), и обеспечивают безопасную передачу сообщений. Это открытие может изменить правила игры в мире квантовой безопасности. Информация была опубликована в журнале Physical Review Letters (PRL).

Почему же квантовая связь считается более защищенной, чем классическая? Дело в том, что она использует удивительные сопряженные состояния. К примеру, если вы измеряете одну величину, например, положение, это неизбежно влияет на другую, как импульс. Такой подход гарантирует, что любая попытка подслушивания вызовет нарушения, которые можно будет заметить. Однако, как показывает практика, реальное оборудование не всегда идеально и может иметь недостатки, что открывает лазейки для злоумышленников.

Ранее ученые уже обнаружили побочные каналы, возникающие из-за работы квантовых детекторов. В 2012 году профессор Хой-Квон Ло и его коллеги предложили протокол measurement-device-independent quantum key distribution (MDI-QKD), который устраняет уязвимости, связанные с детекторами. Но теперь исследователи решили обратить внимание на другую сторону — квантовые источники. И тут-то и выясняется, что в них могут скрываться нарушения измерительного допущения размерности. Это допущение предполагает, что закодированная информация независима от других параметров системы. Однако в реальной жизни квантовые источники могут создавать корреляции между последовательными сигналами, что дает шанс потенциальному злоумышленнику извлечь информацию.

В новом исследовании аспирантка Амита Гнанапандитан обнаружила, что процесс модуляции сигналов не только искажается, но и меняется во времени в пределах одного оптического импульса. Этот эффект, получивший название скрытой многомерной модуляции, может создавать новые пути утечки данных. Насколько это серьезно? Всё зависит от характеристик оборудования. Если у вас высокая пропускная способность, вы сможете более точно управлять модуляцией, а вот устройства с ограниченной пропускной способностью могут усугублять искажения.

Хорошая новость: некоторые новые источники, такие как пассивные квантовые генераторы ключей, не используют модуляторы, поэтому они менее подвержены таким проблемам. Профессор Ло подметил, что команда намерена продолжать исследовать возможные пути устранения этих уязвимостей. Он также добавил, что в мире квантовых технологий устранение одной проблемы может повлечь за собой появление новых, но первый шаг всегда заключается в выявлении потенциальных угроз. К слову, ранее ученые уже создали модель, предсказывающую развитие жизни на Земле — впереди нас ждет еще много захватывающих открытий!