
Появились первые квантовые хакеры: обнаружены критические уязвимости в распределении квантовых ключей
Квантовое распределение ключей (КРК) - это метод создания секретных ключей между пользователями с помощью квантовых состояний и измерений. Теоретически, КРК обеспечивает абсолютную безопасность от перехвата ключей, так как любое вмешательство в квантовую систему приводит к нарушению ее свойств и обнаружению злоумышленника. Однако на практике реализация КРК может быть подвержена различным атакам, эксплуатирующим недостатки реальных устройств в тех моментах, где их реализация отклоняется от теоретических моделей.
Недавно были обнаружены и продемонстрированы несколько потенциальных уязвимостей в протоколах КРК, которые позволяют злоумышленнику получить доступ к информации о ключах или даже полностью их скомпрометировать.
Одна из таких уязвимостей связана с модулятором квантовых состояний на передатчике КРК. Исследователи из Китая обнаружили, что коммерческие модуляторы на основе ниобата лития (LN) подвержены эффекту фоторефракции, который изменяет оптические свойства материала под действием света. Это может быть использовано для манипулирования рабочим состоянием модулятора путем внешнего введения фотонов.
Специалисты разработали и провели экспериментальные атаки на системы КРК, основанные на протоколе Беннетта-Брассара 1984 года (BB84) и на протоколе с независимым от измерений распределением ключей (MDI-QKD).

В первом случае атакующий может измерять все квантовые состояния, передаваемые отправителем, и изменять состояние модулятора таким образом, чтобы получать одинаковые результаты измерений с получателем. При втором типе атаки хакер одновременно измеряет все квантовые состояния, передаваемые двумя отправителями, и вызывает фоторефракцию в модуляторе LN с помощью введенного луча излучения, тем самым эффективно скрывая изменения, вызванные его действиями. Эксперимент на функциональной системе MDI-QKD также показал, что атакующий может тайно получить почти все криптографические ключи.
Другая обнаруженная в ходе исследования уязвимость связана с использованием теоремы Белла для сертификации безопасности КРК. Теорема Белла устанавливает границы для корреляций между двумя квантовыми системами, если они описываются классической теорией. Если эти границы нарушаются, то системы обладают квантовой запутанностью, которая может служить основой для создания секретных ключей.

Ранее большая часть специалистов рекомендовала использовать запутанность и теорему Белла для обеспечения безопасности КРК. Однако, как показали в своем эксперименте исследователи из Швейцарии и Великобритании, реализация такого протокола требует выполнения ряда условий, которые могут быть нарушены на практике.
Исследователи провели экспериментальную реализацию полного протокола КРК с сертификацией безопасности по теореме Белла, используя запутанные пары фотонов, созданные между двумя ионами, ловушками в оптическом волокне. Они получили 95 628 бит ключа с независимой от устройств безопасностью, то есть безопасностью, которая не зависит от деталей реализации квантовых устройств. Однако для этого им пришлось предпринять ряд шагов, чтобы убедиться, что информация о результатах измерений недоступна для атакующего.
Предпринятые шаги по реализации полностью теоретически безопасного протокола включали в себя: использование случайных классических входов для квантовых устройств; изоляцию квантовых систем от внешних воздействий; обработку классической информации на доверенных компьютерах; и выполнение измерений без пространственного разделения. Если говорить проще: такая система безопасности действительно способна обеспечить почти стопроцентную сохранность данных, но в связи со сложностью организации на данный момент может существовать только в теории.
Несмотря на громкие заявления, которые сопровождают каждый новый протокол систем безопасности, уязвимости в протоколах КРК представляют серьезную угрозу для практического применения квантовой криптографии.
Конечно, на бумаге протокол выглядит полностью защищенным, но в действительности ему предстоит пройти испытание на прочность. Для разработки более надежных и защищенных систем КРК специалистам, как и раньше, придется регулярно проводить всеобъемлющий и глубокий анализ практической безопасности и разрабатывать новые методы защиты от атак.
Недавно были обнаружены и продемонстрированы несколько потенциальных уязвимостей в протоколах КРК, которые позволяют злоумышленнику получить доступ к информации о ключах или даже полностью их скомпрометировать.
Одна из таких уязвимостей связана с модулятором квантовых состояний на передатчике КРК. Исследователи из Китая обнаружили, что коммерческие модуляторы на основе ниобата лития (LN) подвержены эффекту фоторефракции, который изменяет оптические свойства материала под действием света. Это может быть использовано для манипулирования рабочим состоянием модулятора путем внешнего введения фотонов.
Первые успешные квантовые атаки
Специалисты разработали и провели экспериментальные атаки на системы КРК, основанные на протоколе Беннетта-Брассара 1984 года (BB84) и на протоколе с независимым от измерений распределением ключей (MDI-QKD).

В первом случае атакующий может измерять все квантовые состояния, передаваемые отправителем, и изменять состояние модулятора таким образом, чтобы получать одинаковые результаты измерений с получателем. При втором типе атаки хакер одновременно измеряет все квантовые состояния, передаваемые двумя отправителями, и вызывает фоторефракцию в модуляторе LN с помощью введенного луча излучения, тем самым эффективно скрывая изменения, вызванные его действиями. Эксперимент на функциональной системе MDI-QKD также показал, что атакующий может тайно получить почти все криптографические ключи.
Обход системы сертификации КРК
Другая обнаруженная в ходе исследования уязвимость связана с использованием теоремы Белла для сертификации безопасности КРК. Теорема Белла устанавливает границы для корреляций между двумя квантовыми системами, если они описываются классической теорией. Если эти границы нарушаются, то системы обладают квантовой запутанностью, которая может служить основой для создания секретных ключей.

Ранее большая часть специалистов рекомендовала использовать запутанность и теорему Белла для обеспечения безопасности КРК. Однако, как показали в своем эксперименте исследователи из Швейцарии и Великобритании, реализация такого протокола требует выполнения ряда условий, которые могут быть нарушены на практике.
Исследователи провели экспериментальную реализацию полного протокола КРК с сертификацией безопасности по теореме Белла, используя запутанные пары фотонов, созданные между двумя ионами, ловушками в оптическом волокне. Они получили 95 628 бит ключа с независимой от устройств безопасностью, то есть безопасностью, которая не зависит от деталей реализации квантовых устройств. Однако для этого им пришлось предпринять ряд шагов, чтобы убедиться, что информация о результатах измерений недоступна для атакующего.
Предпринятые шаги по реализации полностью теоретически безопасного протокола включали в себя: использование случайных классических входов для квантовых устройств; изоляцию квантовых систем от внешних воздействий; обработку классической информации на доверенных компьютерах; и выполнение измерений без пространственного разделения. Если говорить проще: такая система безопасности действительно способна обеспечить почти стопроцентную сохранность данных, но в связи со сложностью организации на данный момент может существовать только в теории.
К сожалению, взломы будут
Несмотря на громкие заявления, которые сопровождают каждый новый протокол систем безопасности, уязвимости в протоколах КРК представляют серьезную угрозу для практического применения квантовой криптографии.
Конечно, на бумаге протокол выглядит полностью защищенным, но в действительности ему предстоит пройти испытание на прочность. Для разработки более надежных и защищенных систем КРК специалистам, как и раньше, придется регулярно проводить всеобъемлющий и глубокий анализ практической безопасности и разрабатывать новые методы защиты от атак.
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас

Планшет, пролежавший в Темзе пять лет, помог раскрыть серию запутанных преступлений
Эксперты говорят: даже вода не смогла стереть цифровые следы....

«Инопланетяне» на Земле? Древние 8-метровые «грибы» оказались совершенно неизвестной формой жизни
Вот уже 180 лет подряд живые «башни» ставят в тупик всю науку....

«Шерстистый дьявол» обнаружен в пустыне, на границе Мексики и США
Ученые говорят: такой уникальной находки не было последние полвека....

Американские спецслужбы скрывают правду о самой древней из библейских реликвий?
Экстрасенс ЦРУ предупредил: Ковчег Завета убьет каждого, кто к нему прикоснется....

Похоже, что проблема космического мусора в скором времени будет решена раз и навсегда
Новая технология не только очистит космос, но и поможет спутникам работать втрое дольше....

Скрытые миллиарды: население Земли оказалось гораздо больше, чем считалось
Новые исследования бросают вызов официальным демографическим данным....

Почему мы не помним себя младенцами? Новое исследование дало ответы
Возможно, помним, но «ларчик» заперт....

Археологи ликуют: в Испании нашли рисунки, которые старше человечества!
200 000-летняя находка заставит пересмотреть учебники....

Астрофизики рассказали, почему Вселенная замедляется вопреки предсказаниям Эйнштейна
Если открытие DESI и ослабление темной энергии подтвердится, учебники придется переписать....

Ученые поражены: мыши, как спасатели, оживляют своих сородичей, попавших в беду
Открытие, от которого дрогнет даже самое черствое сердце....

iPhone, давай до свидания! Илон Маск презентовал инновационный смартфон PhoneX
Это устройство слишком прекрасно для нашей реальности....

Кислород устарел! Ученые нашли новый ключ к внеземной жизни
Гицеанические миры могут стать новой надеждой астрофизиков....

На 100 000 лет раньше людей: ученые рассказали, кто устроил первые похороны на планете
Загадочные карлики Homo naledi, чей мозг был размером с апельсин, оказались не глупее нас с вами....

Самые массовые и дикие розыгрыши на 1 апреля в мировой истории
Это вам не просто «вся спина белая»....

Секретная мутация гена: оказалось, ее имеют все обитатели Марианской впадины
Поразительное открытие китайских ученых может изменить всю теорию эволюции....

10 лет за 48 часов: ИИ полностью переиграл ученых в поисках секрета супербактерий
Однако эксперты предупреждают: нейросети не только ускоряют науку, они запросто могут столкнуть нас в пропасть....