Разделы: Физика
Размещена 30.07.2016. Последняя правка: 29.07.2016.
Просмотров - 2130

Протокол забывчивой передачи (Oblivious Quantum Protocol) в контексте квантовой криптографии

Болонная Елизавета Игоревна

Черновицкий Национальный Университет имени Юрия Федьковича

аспирант

Шпатар П.М., доцент, кандидат технических наук, Черновицкий национальный университет имени Юрия Федьковича, Институт физико-технических и компьютерных наук, кафедра радиотехники и информационной безопасности

УДК 53

Введение

В эру IT технологий, человечество повсеместно использует электронные средства связи. Таким образом, вопросы безопасности, защиты от взлома и хакеров, а также электронного подслушивания не могут оставаться без внимания. Жизненная необходимость данной статьи базируется на следующих тенденциях. Человек возможно еще не осознает как сильно и крепко он погряз в компьютерных технологиях и необходимости защиты своих данных. Развитие компьютеров повлекло за собой неоспоримое и мощное развитие компьютерных сетей. В это эпохальное время и настала эра развитие и становление криптографии, как целостной, индивидуальной науки. На основе криптографии базируются многие приложение для защиты сетей и отдельных рабочих станций. Но все таки классическая криптография остается математической наукой. Как известно, любой математический алгоритм возможно раскрыть имея достаточную вычислительную мощность и запас времени. С приходом квантовых компьютеров стало понятно, что теория классической криптографии рухнет и станет нефункциональной. И тогда на смену классической криптографии приходит квантовая криптография, основанная на нерушимых законах физике, которой не страшен ни один квантовый компьютер.  В данной статье предлагается элегантный симбиоз квантовой и классической криптографии. Квантовая криптография выступает инструментом для функционирования классической. В данной работе реализован процесс внедрения протокола забывчивой передачи посредством технических решений квантовой криптографии. 

Протокол забывчивой передачи является одним из мало изученных протоколов и незаслуженно забытым.  В нашей системе [1] протокол забывчивой передачи приобретает весомую роль  и преображается в действенный квантовый протокол.  В данной работе используется забывчивый протокол 1 к 2, с которым читатель будет ознакомлен ниже. Используемый протокол как нельзя лучше вписался в концепцию проектируемой квантовой системы с гомодинным детектированием.

Актуальность

Подобный подход к проблеме квантовой безопасности в целом является новаторским и еще не был рассмотрен не в одном издании.

Цели, задачи, материалы и методы

Основной целью данной статьи является описание и оценка новой техники квантово- криптографической защиты и привлечение дополнительных средств на вооружение исследователей данного предмета. В исследовании используются методы анализа, эксперимента, а также эмпирические методы.

Забывчивый протокол 1 к 2

Пусть имеем двоих абонентов, которым нужно обмениваться сообщениями по открытому незащищённому каналу. Передатчика традиционно называют Алисой, а приемника Бобом. Алиса и Боб не доверяют друг другу. Для примера рассмотрим следующую ситуацию: Алиса отправляет Бобу две шкатулки. Боб имеет ключ, который подходит только к одной шкатулке. Он открывает шкатулку к которой подошел его ключ, забирает содержимое и отправляет обе шкатулки обратно. Алиса никогда не узнает какая из шкатулок была открыта.

На языке математики ситуация с Алисой и Бобом состоит в следующем. Алиса имеет два сообщения  и  (две шкатулки). Боб имеет бит  (ключ). Боб хочет получить только то сообщение, которое нужно ему и которое «открывается» ключом b. Второе сообщение Боб не сможет прочитать, так как значение его ключа не подходит для прочтения сообщения. Итак, алгоритм протокола заключается в следующем [2]:

1. Помимо двух сообщений  и  Алиса генерирует RSA ключи  N, d, e и пару случайных чисел  и . Алиса отправляет Бобу , , N и e.

2. Боб выбирает с помощью  определённую случайную переменную  или  , а также генерирует случайное k. Далее, Боб шифрует  помощью уравнения:

 

Значение v Боб отправляет обратно Алисе. 

3. Алиса пытается угадать значение k и таким образом получает два возможных значения  и . Алиса шифрует свои сообщения ключами  и :

 

Алиса отправляет Бобу значения  и . Боб, зная правильный ключ, может расшифровать только одно сообщение.

Связь забывчивого протокола с хаотической динамикой и квантовой криптографией

Забывчивый протокол удобно использовать в системах квантовой криптографии, основываясь на «забывчивости» абонентов информационной сессии.   Исследования в университете Авейру, Португалия, доказали, что принципы квантовой криптографии удачно совмещаться с хаотичной динамикой. Нами уже были проведены исследования в этой области []. В данной работе мы также использовали хаотический генератор Колпица, ранее изученный нами, с теми же начальными данными и характеристиками. Использование хаотического генератора в контексте данной системы является целесообразным для усиления уровня защиты и сохранения секрета данного протокола. Карта хаотического генератора Колпица используется для генерации сообщений  и  и пары случайных чисел  и  на стороне Алисы и случайного ключа k на стороне Боба (пункт 1 и 2 предыдущего параграфа).  Схематично показан принцип работы совместно действующих хаотичного генератора и забывчивого протокола.

Рис. 1. Основы работы забывчивой передачи и хаотического генератора

Схема используемой системы и принцип работы

Представленная система работает на основе гомодинного детектирования в режиме Continuous Wave по схеме указанной ниже:

Рис. 2. Схема системы, которая используется для эксперимента

Лазер излучает волны в режиме Continuous Wave на длине волны 1550 нм. Волна излученная лазером разделяется на светоделителе на две части 90/10: локальный осциллятор (LO) и сигнал (signal) соответственно. По условиям гомодинного детектирования осциллятор и сигнал должны быть неодинаковыми по оптической мощности, частями одного светового пучка. Шифрование сообщения, равно как и выбор случайных параметров производиться модуляцией пучка амплитудным и фазовым модуляторами. К модуляторам програмно подключены генераторы Колпица, которые и подают случайные значения на модуляторы. Генераторы не показаны на рисунке. Сигнал локального осциллятора не подвергается никаким манипуляциям и проходит по системе без изменений. Оба пучка смешиваются на световом соединителе и проходят к гомодинным детекторам. Результат детектирования зависит от фазы сигнала и локального осциллятора.

Выводы

В данной статье было рассмотрено интегрированное взаимодействие забывчивого протокола с элементами хаотического генератора для использования в системах квантовой передачи ключа. Систем имеет усиленную схему безопасности и проще и надежнее регулируется чем системы на одиночных квантах света.

1. Электронный журнал SCI-ARTICLE, Экспериментальная установка для квантовой криптографии с применением противодействия атаке деления числа фотонов, Болонная Елизавета Игоревна, 28.05.2015, URL: http://sci-article.ru/stat.php?i=1432471748.
2. Электронный ресурс Википедия, 13.09.2015, URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%B0%D0%B1%D1%8B%D0%B2%D1%87%D0%B8%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B5%D0%B4%D0%B0%D1%87%D0%B0

Рецензии:

3.01.2017, 16:33 Полищук Игорь Николаевич
Рецензия: Работу следует серьезно подкорректировать хотя бы с помощью Word. Квантовая механика – серьезная и сложная наука, а тут ещё потеря запятых, неграмотное склонение и корявые фразы ("настала эра развитие"). Вряд ли уместна ссылка на собственную неопубликованную работу [1]. Википедия тоже не очень подходит для ссылки в научной работе. Помимо неё надо добавить что-то из научных работ. Саму ссылку на Викппедию следовало бы привести к нормальному виду: https://ru.wikipedia.org/wiki/Забывчивая_передача. В остальном работа оформлена согласно требованиям издания, тема важная и перспективная. Рекомендую статью к публикации.



Комментарии пользователей:

Оставить комментарий