211service.com
Crittografia quantistica infallibile
I ricercatori di Toshiba, a Cambridge, nel Regno Unito, hanno trovato un modo per tappare una falla di sicurezza che attualmente limita la distanza e la velocità con cui le chiavi di crittografia possono essere distribuite utilizzando i sistemi di crittografia quantistica esistenti. Gli sviluppi potrebbero ampliare l'attrattiva commerciale della distribuzione di chiavi quantistiche incondizionatamente sicura, afferma Andrew Shields, capo di Gruppo di informazioni quantistiche presso Toshiba Research Europe, che ha guidato la ricerca.
Pericolo in numeri: Rendere la crittografia quantistica totalmente sicura richiederà l'uso di impulsi a singolo fotone. Nella foto è un nuovo diodo a emissione di luce in grado di generare tali impulsi.
La crittografia quantistica è attualmente utilizzata solo per l'invio di chiavi di crittografia tra edifici da alcune banche e dipartimenti governativi. Ma i sistemi possono garantire la sicurezza solo su distanze relativamente brevi. La sfida è estendere la portata e aumentare la velocità con cui le chiavi possono essere inviate in modo che possano essere utilizzate più ampiamente, afferma Shields.
Gli attuali sistemi di crittografia quantistica commerciale sono progettati per consentire a due parti di scambiare chiavi di crittografia segrete senza correre il rischio che vengano intercettate. Questo viene fatto codificando le informazioni della chiave digitale in lampi di luce inviati su fibre ottiche standard.
Gli 1 e gli 0 di queste chiavi digitali sono codificati in ritardi temporali tra gli impulsi dei singoli fotoni. In teoria, ciò che lo rende così sicuro è che qualsiasi tentativo da parte di un intercettatore di intercettare il segnale comporterà necessariamente la rimozione di singoli fotoni dal segnale, un atto che può essere rilevato.
In pratica, però, questa sorta di sicurezza incondizionata può essere realmente garantita solo se la propria sorgente luminosa non emette altro che singoli fotoni. Poiché questo non è il caso dell'attuale crittografia quantistica, sono possibili attacchi di intercettazione. In una strategia, un intercettatore sottrae singoli fotoni; questo attacco si basa sul fatto che alcuni impulsi saranno costituiti da più di un fotone, il che significa che non verranno persi.
Per aggirare questo problema, i sistemi commerciali di crittografia quantistica esistenti utilizzano trucchi per ridurre la probabilità che gli impulsi contengano più fotoni. Ad esempio, i sistemi potrebbero limitare l'intensità di ciascun impulso e ridurre il bit rate con cui vengono inviati. Tuttavia, il compromesso è che più debole è un impulso, minore è la distanza che può percorrere, mentre un bit rate più lento limiterà la velocità con cui le chiavi possono essere distribuite, afferma Shields.
La soluzione di Toshiba consiste nell'includere nel segnale ciò che Shields chiama impulsi esca. Questi impulsi sono intervallati casualmente all'interno del segnale e sono più deboli rispetto al resto del segnale. Ciò significa che raramente sono costituiti da più di un fotone. Se un intercettatore tenta di bloccare singoli fotoni mentre sottrae più fotoni dal resto degli impulsi, in media verranno bloccati più di questi impulsi esca rispetto al resto del segnale. Quindi, monitorando la proporzione di segnali per ingannare gli impulsi che lo attraversano, è possibile rilevare un attacco.
L'utilizzo di questo approccio esca consente di utilizzare impulsi laser più potenti, il che a sua volta consente di aumentare il bit rate e, allo stesso modo, la distanza su cui può essere inviato, afferma Shields. I segnali non di decodifica possono raggiungere circa 43 bit al secondo su una distanza di circa 25 chilometri. Ma l'approccio esca può raggiungere 5,5 kilobit al secondo, che è un aumento di 100 volte.
È già possibile ottenere una sicurezza incondizionata, ma la sfida è farlo su distanze più lunghe, afferma Gregoire Ribordy , CEO e fondatore di ID quantico , la società svizzera che, nel 2002, ha lanciato un sistema di crittografia quantistica commerciale. Questo esca consente di aumentare l'intervallo o il bit rate per una determinata distanza, afferma Ribordy.
L'approccio esca è una difesa molto utile contro questo tipo di attacco alla crittografia quantistica e diversi gruppi stanno ora lavorando su approcci simili, afferma Frank wong , del gruppo di scienza dell'informazione quantistica al MIT. Ma il problema con le affermazioni sulla sicurezza incondizionata è che attualmente non ci sono mezzi per testarla, se non attraverso la simulazione, afferma Wong.
Il secondo progresso che il gruppo ha fatto ha un significato più a lungo termine, afferma Shields. Questo è lo sviluppo di un diodo emettitore di luce in grado di emettere singoli fotoni in modo più affidabile. Con la distribuzione delle chiavi quantistiche, l'ideale è inviare solo singoli fotoni, dice. Se si riesce a farlo in modo affidabile, la trasmissione sarebbe veramente impermeabile a qualsiasi attacco e tecniche come gli impulsi esca sarebbero rese superflue.
L'approccio di Toshiba consiste nel creare una serie di punti quantici, ciascuno dei quali misura 45 nanometri di diametro e in grado di emettere solo singoli fotoni. Sebbene un diodo a emissione di luce realizzato utilizzando questi punti quantici emetta ancora occasionalmente più di un fotone, le probabilità che ciò accada sono cinque volte inferiori rispetto a quelle che sarebbero se si utilizzasse un laser. Esistono altri modi per produrre singoli fotoni, ma uno dei vantaggi dell'utilizzo dei punti quantici è che possono essere facilmente integrati e controllati dall'elettronica. Il controllo tramite una tensione piuttosto che un laser è un grande vantaggio perché i dispositivi elettrici sono molto più compatti e robusti, afferma Shields.