Квантовая криптография позволяет выявить любые попытки прослушивания переговоров и обеспечить секретность передаваемой информации с помощью фундаментальных законов природы, а не технических или вычислительных ограничений злоумышленника. Одним из узких мест в криптографии до сих пор остается передача и периодическая смена криптографических ключей.
Речь идет о системе распределения ключей, предназначенной для автоматического (без участия оператора) генерирования и смены общих ключей посредством передачи однофотонных состояний по обычным (открытым) оптоволоконным линиям связи.
Такие системы основаны на принципиально новых физических принципах - законах квантовой механики.
Идея квантовой криптографии была высказана в 1984 г. сотрудниками фирмы IBM. Лабораторные исследования в области квантовой криптографии ведутся с конца ХХ века. Без преувеличения можно сказать, что отдельные узлы, демонстрирующие принципы квантового распределения ключей, можно найти практически в любой квантово-оптической лаборатории. Другое дело - решение задачи создания защищенных линий связи между удаленными пользователями через серверные центры с интегрированной квантовой криптографической системой. Такие системы являются интегрированным высокотехнологичным продуктом и существуют в ограниченном количестве. Сейчас разработки в области квантовой криптографии ведутся практически во всех ведущих телекоммуникационных западных компаниях - British Telecom, Toshiba Research Europe (Великобритания), SwissCom (Швейцария), BBN, Mitsubishi Electric Corporation и NEC Corporation (Япония) и многих других. Серьезное внимание разработкам в этой области уделяется и правительственными структурами, такими как DARPA (США), и European Space Agency.
Ниже перечислены некоторые (но далеко не все) достижения квантовой криптографии за последние 15 лет.
1) Один из первых лабораторных вариантов квантовой криптосистемы с использованием оптоволоконной линии связи длиной в 30 км был реализован в исследовательской лаборатории фирмы British Telecom (Великобритания) в 1995 г.
2) Результатом разработки швейцарских ученых в Женевском университете совместно с компанией SwissCom стала практическая реализация квантовой криптосистемы с длиной 23 км волоконно-оптического кабеля по дну Женевского озера между городами Нион и Женева.
3) В Лос-Аламосской национальной лаборатории (США) завершена разработка опытной линии связи общей длиной 48 км.
4) Долгое время рекорд по дальности принадлежал исследовательской лаборатории Toshiba Research Europe (Великобритания) и компании NEC (Япония) и составлял 100 км и 120 км.
5) В 2004 году была создана первая локальная сеть с квантовой криптографической системой распределения ключей длиной в 10 км в Бостоне, использующей принцип фазового кодирования. Это совместный проект BBN Technologies, MIT, Harvard University, финансируемый правительственным агентством DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency).
6) В Японии успешно реализовано объединение различных систем квантового распределения ключей, разработанных Mitsubishi Electric Corporation и NEC. Безопасность этой системы была оценена Институтом промышленных наук при Университете Токио. Также был разработан новый интерфейс для выработки общего ключа шифрования, а также подтверждена возможность взаимодействия между различными системами квантового распределения ключей, произведенными Mitsubishi Electric и NEC. Эта ключевая технология в стандартизации систем квантовой криптографии позволит создавать высокозащищенные сети связи в будущем. Специалисты из NEC и Mitsubishi Electric Corporation считают, что использование этой технологии позволит создать глобальные квантовые криптографические системы в течение ближайших 5 лет.
7) Продемонстрирована принципиальная возможность передачи однофотонных сигналов между наземной станцией и спутником, находящимся на околоземной орбите (1600 км).
8) Европейская программа в области квантовой криптографии SECOQC (Secure Communications based on Quantum Cryptography) стартовала в 2004 г. В результате была продемонстрирована квантовая сеть, отдельные ветви которой работали по нескольким популярным протоколам квантового распределения ключей. В Европейском союзе достигнуто лидерство в системах квантовой криптографии при передаче ключей через открытое пространство. Рекорд составляет 144 км по дальности, что превышает рекорд для оптоволоконных систем квантовой криптографии в 120 км. Конечной целью работы является создание квантовой криптографической системы передачи ключей через низкоорбитальные спутники.
Сергей Кулик, Квантовая криптография
Естественным развитием систем квантовой криптографии является их интегрирование в локальные телекоммуникационные сети. Наибольшее продвижение в этом направлении достигнуты в проекте DARPA (США), в рамках которого создана первая локальная сеть с квантовой криптографической системой распределения ключей. Отметим, также, что агентство DARPA в свое время финансировало первые работы по созданию распределенных сетей – Интернета, а специалисты BBN Technologies были одними из разработчиков протокола TCP/IP.
Таким образом, исследования в области квантовой криптографии за последние годы перешли от чисто фундаментальных работ к практическим реализациям и первым коммерческим прототипам. Можно назвать такие компании как Id Quantique, MagiQ, Smart Quantum, которые предлагают либо готовые криптосистемы, либо сопутствующие компоненты, такие как генераторы случайных чисел, источники пар фотонов, однофотонные детекторы и др. К сожалению, фирмы не раскрывают рынок сбыта своей продукции, однако известно, что коммерческими системами квантового распределения ключей интересуются в первую очередь банки.Несомненно, что технологии квантовой коммуникации будут определять облик информационных технологий и систем защищенной передачи информации уже в ближайшем будущем. 