Криптография Режимы шифрования Криптоанализ Сертификаты Брандмауэры Безопасность в беспроводных сетях Конфиденциальность электронной перепискиСтеганография


Информационная безопасность

Квантовая криптография

Интересно, что решение проблемы передачи по сети одноразовой последовательности пришло из довольно далекой науки — квантовой механики. Эта область остается экспериментальной, однако многообещающей. Если удастся усовершенствовать этот метод, все задачи криптографии можно будет решать с помощью одноразовых последовательностей, ведь это самый надежный способ защиты информации. Далее мы вкратце опишем суть технологии, называемой квантовой криптографией. В частности, мы рассмотрим протокол ВВ84, названный так в честь его создателей и года, в котором его описание было впервые опубликовано (Bennet и Brassard, 1984).

Допустим, пользователь по имени Алиса хочет передать одноразовую последовательность другому пользователю, Бобу. Алиса и Боб называются принципалами, это главные герои в нашей истории. Например, Боб может быть банкиром, а Алиса — лицом, желающим вступить в деловые отношения с ним. В последнее время практически во всех материалах, касающихся криптографии, имена «Алиса» и «Боб» традиционно используются для обозначения принципалов. Шифровальщики вообще обожают разного рода традиции. Если бы мы стали описывать тут взаимоотношения Андрея и Беллы вместо Алисы и Боба, ни одному слову в этой главе никто бы не поверил (стало бы понятно, что автор, на самом деле, далек от криптографии). А так, может быть, поверят. Поэтому пусть Алиса и Боб будут героями нашей книги.

Итак, если Алисе и Бобу удастся установить единую одноразовую последовательность, их переговоры будут полностью конфиденциальными. Задача стоит следующим образом: как им обменяться секретным ключом, не передавая друг другу DVD? Мы можем предположить, что оба пользователя находятся на разных концах одного оптоволоконного кабеля, по которому они могут передавать и принимать световые импульсы. Тем не менее, нашлась бесстрашная шпионка Труди, которой удалось установить на пути этого кабеля активное подслушивающее устройство. Она может считывать сигналы, идущие в обоих направлениях. Кроме того, она может посылать как в одну, так и в другую сторону фальши- вые сообщения. Ситуация для Алисы и Боба, казалось бы, безнадежная. Но тут на помощь приходит квантовая криптография, и мы сейчас увидим, что у наших героев появляется лучик надежды.

Квантовая криптография базируется на том факте, что свет передается маленькими порциями, называемыми фотонами и обладающими некоторыми необычными свойствами. Кроме того, пропуская свет через поляризационный фильтр, можно добиться его поляризации. Этот факт известен, прежде всего, тем, кто носит солнцезащитные очки, а также фотографам. Световой луч (то есть поток фотонов), проходя через такой фильтр, поляризуется в направлении оси фильтра (например, вертикально). Если после этого пропустить луч через второй фильтр, интенсивность света на выходе будет пропорциональна квадрату косинуса угла между осями фильтров. Если оси расположить перпендикулярно, фотоны через фильтры проникнуть не смогут. Абсолютная ориентация осей в пространстве значения не имеет — важно только их взаимное расположение.

Чтобы сгенерировать одноразовый блокнот, Алисе понадобятся два набора поляризационных фильтров. Первый набор состоит из вертикального и горизонтального фильтров. Это называется прямолинейным базисом. Базис — это просто система координат. Второй набор фильтров отличается от первого только тем, что он повернут на 45°, то есть один фильтр можно представить в виде линии, идущей из нижнего левого угла в верхний правый, а другой — из верхнего левого в нижний правый угол. Это называется диагональным базисом. Итак, у Алисы есть два набора фильтров, и она может поставить любой из них на пути светового луча. Но четыре стеклышка-поляризатора — это нечто в стиле сказки про Алису в стране чудес. В реальности имеется кристалл, одна из четырех возможных поляризаций которого изменяется электронным способом с огромной скоростью. У Боба есть такое же устройство, как у Алисы. Тот факт, что у Алисы и Боба есть по два базиса, играет важную роль в квантовой криптографии.


Безопасность в компьютерных сетях