Безопасность в цифровом мире традиционно опирается на математические уравнения для защиты данных. Например, при использовании кредитной карты онлайн информация защищена сложной математической задачей, которую современный компьютер потратил бы тысячи лет на решение. Однако, если будет создан достаточно мощный компьютер, эта защита перестанет работать. Чтобы сделать системы более надежными, растет переход к квантовой безопасности, которая использует неизменные законы квантовой физики вместо традиционной математики.
Прабханжан Анант из UC Santa Barbara (США) и Амит Сахай из UCLA (США) описали метод, который делает эту квантовую защиту более быстрой и эффективной. Их работа была опубликована на сервере предварительных публикаций arXiv и еще не прошла рецензирование.
Как работает метод
Система основана на теореме о запрете клонирования — фундаментальном правиле квантовой физики, которое устанавливает физическую невозможность создания идентичной копии неизвестного квантового состояния. Это прямо противоположно обычному цифровому миру, где любой файл можно скопировать бесконечное количество раз идеально.
Исходя из этого принципа, Анант и Сахай разработали способ шифрования сообщения одного бита — простого 0 или 1 — в квантовый зашифрованный текст. Секретный цифровой ключ перемешивает скрытый бит вдоль последовательности квантовых состояний. Когда эти состояния измеряются вместе, они раскрывают секретный бит. Авторизованный получатель использует тот же ключ, чтобы прочитать состояния и получить правильное сообщение.
Почему перехват не удается
Система спроектирована так, чтобы блокировать определенный тип атаки, при котором злоумышленник перехватывает данные и разделяет их между двумя сообщниками. Согласно правилам квантовой физики, любая попытка разделить квантовые данные нарушает информацию, делая невозможным для обоих сообщников прочитать секрет.
Даже если сообщники позже получат секретный ключ, квантовая физика не позволяет им надежно восстановить сообщение. Исследователи продемонстрировали, что чем больше квантовых состояний используется, тем ближе шансы обоих на правильное определение скрытого бита к вероятностям случайной монеты — 50/50. Когда результат не превышает случайность, шифрование выполняет свою функцию.
В статье Анант и Сахай утверждают, что их подход преодолевает предыдущие ограничения: «Мы устранили все эти оговорки, показав, что существует эффективное, одноразовое и безопасное с точки зрения теории информации неклонируемое шифрование». Авторы также подчеркивают, что «схема экспоненциально безопасна», поскольку защита возрастает с каждым дополнительным использованным квантовым состоянием.


