Ученые разработали новый метод квантового шифрования, защищающий данные от копирования. В основе подхода лежит теорема о запрете клонирования — правило квантовой физики, исключающее создание точной копии неизвестного квантового состояния.
Современные системы цифровой защиты информации строятся на математических алгоритмах, которые предполагают высокую вычислительную сложность их взлома. Например, при проведении онлайн-транзакций данные шифруются с использованием задач, решение которых на классических компьютерах заняло бы тысячи лет. Однако появление достаточно производительных вычислительных машин в будущем может поставить под угрозу эффективность таких методов защиты.
В качестве альтернативного подхода рассматривается использование принципов квантовой физики. В отличие от математических алгоритмов, квантовая защита опирается на фундаментальные свойства природы, что потенциально делает ее более устойчивой. Ранее практическое применение квантовых методов шифрования сдерживалось из-за их низкой скорости и сложности реализации. В новой работе предложен способ повышения эффективности таких квантовых систем.
В основе их метода лежит правило квантовой физики, известное как теорема о запрете клонирования. Согласно этому правилу, невозможно создать точную копию неизвестного квантового состояния, что принципиально отличает квантовые данные от классических цифровых файлов, допускающих неограниченное копирование.
Авторы разработали схему шифрования однобитного сообщения (например, 0 или 1) в квантовый шифротекст — то есть в зашифрованный и нечитаемый вид, который сохраняет целостность при передаче. Для этого используется секретный цифровой ключ, позволяющий закодировать бит в последовательности квантовых состояний. Отправитель настраивает эти состояния таким образом, чтобы при совместном измерении можно было извлечь исходный бит. Легитимный получатель, обладая тем же ключом, может корректно интерпретировать состояния и восстановить сообщение.
Данная система ориентирована на противодействие атакам, в рамках которых злоумышленник перехватывает данные и распределяет их между несколькими соучастниками. В случае попытки разделить квантовую информацию вмешательство неизбежно искажает данные, делая невозможным корректное восстановление секрета даже при условии, что у нарушителей позднее окажется ключ.
Ученые демонстрируют, что при увеличении числа используемых квантовых состояний вероятность успешного определения скрытого бита для злоумышленников приближается к уровню случайного угадывания (50/50). Если атакующие не могут добиться результата лучше случайного, шифрование считается состоявшимся.
Отмечается, что такой подход позволяет преодолеть ранее существовавшие ограничения, обеспечивая эффективное шифрование с информационно-теоретической стойкостью. Кроме того, поскольку защита усиливается с добавлением каждого нового квантового состояния, предложенная схема характеризуется как экспоненциально безопасная.
Читайте также: Генерация изображений в нейросети признана техническим процессом, а не творчеством.