Il prossimo campo di battaglia nella guerra contro l'hacking quantistico

L'hacking quantistico è l'ultima paura nel mondo della sicurezza delle informazioni. Non molto tempo fa, i fisici affermavano di poter inviare informazioni in perfetta sicurezza utilizzando una tecnica nota come distribuzione di chiavi quantistiche.

Questo utilizza le leggi della meccanica quantistica per garantire una comunicazione perfettamente sicura. E una comunicazione perfettamente sicura è ciò che ottieni, almeno in teoria.

Il problema è che in pratica l'attrezzatura utilizzata per eseguire la distribuzione della chiave quantistica ha una serie di punti deboli che un intercettatore può sfruttare per ottenere informazioni sui messaggi inviati. Vari gruppi hanno dimostrato come l'hacking quantistico rappresenti una vera minaccia per una comunicazione perfettamente sicura.

Quindi, nel gioco del gatto e del topo della sicurezza delle informazioni, i fisici hanno reagito progettando apparecchiature più sicure. Oggi, Nitin Jain del Max Planck Institute for the Science of Light di Erlangen, in Germania, e alcuni amici mostrano come i cambiamenti lascino ancora l'attrezzatura aperta agli attacchi, ma allo stesso tempo rivelano come potrebbe essere realizzata la prossima generazione di crittografia quantistica meglio.

Nella distribuzione della chiave quantistica, Alice invia informazioni a Bob codificate nella polarizzazione dei singoli fotoni. Quindi potrebbe inviare una sequenza di 0 e 1 come una serie di fotoni polarizzati orizzontalmente e verticalmente. Bob può quindi utilizzare queste informazioni come chiave per un blocco unico per l'invio di informazioni in perfetta sicurezza. Da qui il nome distribuzione di chiavi quantistiche.

Un intercettatore, Eve, può vedere le informazioni inviate da Alice solo se conosce le direzioni che corrispondono alla verticale e all'orizzontale. I fisici chiamano questa la base del sistema.

Senza conoscere la base, le informazioni trasportate dai fotoni sembreranno casuali. Quindi una parte fondamentale della sicurezza della distribuzione delle chiavi quantistiche deriva dal mantenere segreta la base di Alice.

Poco più di 10 anni fa, gli hacker hanno trovato un modo per Eve di scoprire la base di Alice. Tutto ciò che Eve deve fare è illuminare l'attrezzatura di Alice e misurare la polarizzazione dei fotoni riflessi. Questi saranno rimbalzati sui componenti ottici che determinano la base di Alice e quindi saranno polarizzati allo stesso modo. Ciò fornisce a Eve le informazioni cruciali di cui ha bisogno per decodificare le trasmissioni senza che Alice sia più saggia.

Vari team hanno dimostrato come questo approccio può hackerare i dispositivi di crittografia quantistica disponibili in commercio, rivelando che la pretesa di una sicurezza perfetta è alquanto esagerata.

Ma i fisici hanno reagito. Un modo per fermare questo tipo di attacchi è includere un dispositivo chiamato isolatore che consente alla luce di viaggiare in una direzione ma non nell'altra. Quindi Alice può trasmettere i suoi fotoni dall'apparecchiatura ma Eve non può inviarvi fotoni.

Il lavoro che Jain e compagni hanno svolto per studiare le proprietà ottiche di questi dispositivi per vedere quanto sono sicuri. Questi ragazzi hanno testato le proprietà ottiche di una serie di componenti utilizzati nella distribuzione delle chiavi quantistiche, inclusi gli isolatori.

I test sono stati semplici. Inviano un numero di fotoni verso il dispositivo e misurano il numero che li attraversa. Ma soprattutto, lo hanno fatto a un numero di lunghezze d'onda diverse tra 1000 e 1700 nanometri.

I risultati sono rivelatori. La trasmissione delle telecomunicazioni utilizza lunghezze d'onda di circa 1550 nanometri. E gli isolatori che Jain e compagni hanno misurato funzionano bene a questa lunghezza d'onda.

Ma questi dispositivi non sono così buoni ad altre lunghezze d'onda. Anche gli isolatori ad alte prestazioni non hanno un isolamento elevato in altre regioni di lunghezza d'onda, come da 1300 a 1400 nanometri, dove Eve può facilmente ottenere entrambe le sorgenti laser, dicono.

In altre parole, Eve può ancora scoprire la base di Alice utilizzando laser di un colore diverso.

Sarà una scoperta preoccupante per le organizzazioni che ora utilizzano la distribuzione di chiavi quantistiche per proteggere i propri dati, per non parlare delle società che vendono apparecchiature commerciali di distribuzione di chiavi quantistiche.

Ma non tutto è perduto, dicono Jain e co. Ci sono ancora altre contromisure che possono proteggere la distribuzione della chiave quantistica dagli attacchi di Eve ad altre lunghezze d'onda. Invece di usare un dispositivo passivo come un isolatore, Alice potrebbe usare un dispositivo attivo che misura i fotoni in arrivo nella speranza di individuare Eve in azione. Se Alice contiene un rilevatore di monitoraggio oltre all'isolatore, allora diventerebbe abbastanza difficile per Eve eludere simultaneamente entrambe queste contromisure, affermano Jain e compagni.

Anche i teorici possono aiutare qui. Le leggi della meccanica quantistica garantiscono la segretezza di un messaggio a condizione che la quantità di informazioni che trapela sia al di sotto di una certa soglia, determinata dai dettagli specifici del protocollo utilizzato..

In questo tipo di attacchi, Eve's ottiene solo una certa quantità di informazioni sulla chiave segreta. Se supera questa soglia, può iniziare a decrittografare tutti i messaggi segreti codificati con essa.

I teorici possono aiutare qui determinando quante informazioni Eve potrebbe ottenere dai suoi attacchi e alzando la soglia di conseguenza. Ciò aumenta la sicurezza del sistema, ma rende anche notevolmente più lento l'invio dei dati.

Questo è un lavoro interessante. Gli specialisti della sicurezza delle informazioni si sono sempre lasciati andare a una guerra tra gatti e topi contro gli aggressori. Per un breve periodo, questi specialisti avevano sperato che la distribuzione della chiave quantistica sarebbe stata l'arma definitiva per porre fine a questa guerra. Quella speranza ora sembra alquanto prematura.

Rif: arxiv.org/abs/1408.0492 : Analisi del rischio di attacchi di cavalli di Troia su pratici sistemi di distribuzione di chiavi quantistiche

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