Vědci z Dukeovy univerzity v Severní Karolíně se pustili do vývoje nového typu kvantového šifrování, který by byl rychlejší, než co je doposud k dispozici. Tým dokázal vytvořit nový systém, který zrychlí kvantové šifrování desetinásobně, což znamená mnohem reálnější použití při dnešních internetových rychlostech. Bezpečná komunikace pomocí kvantového šifrování je velmi důležitá do budoucna, kdy se na trhu objeví první dostupné kvantové počítače.
Kvantové počítače už vyvíjí mnoho velkých technologických společností, mezi kterým je kromě D-Wave (ten zatím nabízí jen omezený kvantový akcelerátor), také IBM, Microsoft nebo třeba Google. Dosažení revolučního univerzálního kvantového počítače se tak velmi rychle blíží a jeho dostupnost je tak pouze otázkou času.
Jakmile se tak stane, bude to problém pro takřka všechny klasické šifry, které budou velmi jednoduše a hlavně rychle prolomené. I když byly dostačující u klasických počítačů, které svým výkonem nemohly pokročilé šifry v použitelné době prolomit, pro kvantový počítač bude i ta nejtěžší klasická šifra otázkou chvilky. Proto musí nastoupit kvantové šifrování.
Pomalé kvantové šifrování
Vědci tak proto už poměrně dlouho pracují na kvantovém šifrování (QKD – Quantum Key Distribution) a různých spojených protokolů, které zamezuje, aby někdo mohl přečíst data i když k tomu nemá potřebný klíč. Kvantové stavy mají totiž tu výhodu, že jakmile dojde k jejich „čtení“, ovlivní je to.
K přenosu dat se používají subatomární částice, například elektron nebo foton, na jejichž vlastnostech je informace o bitu vázána. Jakmile by došlo k ovlivnění na cestě mezi odesílatelem a příjemcem, změní to vlastnosti fotonu a tedy i bitu. Tuto změnu coby chybu pak je schopen příjemce detekovat a tak odhalit narušení bezpečnosti přenosu.
Současné systémy využívající lasery jsou už dokonce v prodeji, například Čína má v provozu i satelitní verzi, která pracuje na vzdálenost 1 200 kilometrů a dokáže posílat kvantové klíče na dvě odlišené stanice na Zemi. Problém těchto řešení je ale rychlost. V současnosti jde totiž pouze o desítky či maximálně nižší stovky kb/s.
Je jasné, že pro posílání většího objemu dat je to velký problém, obzvláště když množství dat exponenciálně roste. Pro posílání jednodušší textových zpráv to sice může stačit, ale nelze na tom postavit nic náročnějšího.
„Naložený“ foton
Aby vědci dosáhli vyšších rychlostí kvantového šifrování, enkódují více informací na jeden foton. V rámci prototypu se jim podařilo uložit dva bity na jeden foton a ve spojení s rychlejším snímání bylo dosaženo desetinásobné rychlosti přenosu a překonat tak hranici jednoho Mb/s na vzdálenost v rámci měst. To už je dostačující i pro náročnější věci, například přenos hlasu a podobně.
Výhodou je, že kvantové šifrování funguje i na stávající architektuře optických kabelů, které jsou už v obydlených oblastech hojně rozšířené. Přechod na kvantové šifrování tak bude znamenat upgradu vysílačů a snímačů a nebude se muset nic rozkopávat, jako při přechodu z telefonních měděných linek.
Vědci také upřesnili, že většina částí systému je tvořena z běžných hardwarových součástí, které jsou dostupné na trhu, takže se nejedná o žádné speciální laboratorní nástroje a podmínky. Řešení v podobě přijímače a vysílače by mělo být možné ve finální podobě dostat do velikosti čipu.
Teorie vs. realita
V materiálu ale vědci také upozorňují, že ani kvantové šifrování není v této fázi dokonalá. V teoretické rovině nelze ovlivnit přenos bez toho, aniž by došlo u příjemce k detekovatelným chybám.
Samotný přenos pomocí kvantového šifrování a pomocí současných nástrojů ale není dokonalý systém, který by fungoval zcela přesně a přichází tak na řadu spousta slabin a nepřesností, kterých lze teoreticky využít k tomu, aby k případnému útoku došlo. Proto je snaha minimalizovat co možná nejvíce problémů na úrovni všech používaných komponent, které tvoří celý systém kvantového šifrování.
Originální materiál k výzkumu si můžete přečíst zde.
