kuantum iletişimi nedir
Temel bilgilerle başlamanızı ve ifadenin kendisine bakmanızı öneririm. O sahip
Teknolojide en gelişmiş yön- kuantum kriptografisi veya daha doğrusu kuantum anahtar dağılımı. Bu, uzak kullanıcılar arasında daha sonra şifreleme için kullanılan paylaşılan bir gizli anahtar oluşturmayı amaçlayan bir dizi yöntemdir.
Kuantum iletişiminin bir diğer görevi de iletimdir.Kuantum bilgisayarlar arasındaki kuantum bilgisi. Teknolojiler, dağıtılmış kuantum hesaplamanın geliştirilmesine, yani örneğin merkezi bir kuantum bilgisayarın ve bazı alt görevleri çözen ve verileri birbirine ileten birçok çevresel makinenin oluşturulmasına doğru sorunsuz bir şekilde ilerliyor. Buna bir alternatif, birbirine bağlı bir dizi uzak kuantum işlemci olabilir. Şubat 2021'de Almanya'dan bir grup araştırmacı, iki modüler kuantum işlemci arasında kuantum bilgilerinin aktarılması olasılığını gösterdi. Deneyin sonuçları Science dergisinde yayımlandı. Bu, birkaç cihazı bir ağda birleştirerek kuantum hesaplama teknolojilerinin gücünü artırmanın mümkün olduğunu gösteren teknolojinin gelişiminde önemli bir adımdır.
İlginç bir teknolojik özellikGerçek şu ki, kuantum bilgisayarlarda belirli sorunları çözmek için en etkili platformu seçersek, o zaman kuantum bilgi alışverişinde her şey açıktır: fotonlar, yani ışık parçacıkları en iyi işi yapar. Neredeyse hiçbir alternatif yok. Dolayısıyla araştırmacılar element tabanının ne olacağını zaten biliyorlar. Tek zorluk, örneğin süper iletken bir kuantum bilgisayarın çalışmasının bir parçası olarak ortaya çıkan kuantum bilgisinin bir şekilde uzun mesafelere iletilebilecek bir fotona çevrilmesidir. Ve sonra onu tekrar kuantum bilgisayarın erişebileceği forma dönüştürün. Kuantum kriptografisi, çok yüksek bir hazırlık aşamasında olan açık bir teknolojik cephe ise, o zaman kuantum bilgisayarlar arasında kuantum bilgi alışverişi ile ilişkili kuantum iletişim alanı, oldukça erken bir aşamada olan büyük bir görevdir.
Kuantum hesaplamada bu yaygın bir uygulamadırKuantum hacminden bahsederken - kübit sayısını ve operasyonların doğruluğunu arttırmak, kuantum iletişiminde geniş bir bağlamda henüz tek bir ölçüm yok. Kuantum kriptografisinde bilim insanları herhangi bir mesafedeki anahtar üretim hızına odaklanır. Çoğu zaman, farklı cihazları karşılaştırmanıza olanak tanıyan 50 km'lik anahtar oluşturma hızı dikkate alınır. Bazen anahtar üretmek için maksimum mesafe gibi bazı sınırlayıcı özellikleri de inceliyorlar.
Demiryolu niceliği
Demiryolu ulaşım sistemi çevresinde kuantum iletişiminin (kriptografi dahil) yararlı olabileceği çeşitli alanlar vardır.
Her şeyden önce, bu fiber optik hakkında bir hikayekablolar. Fiber optik kablo, kuantum bilgilerini iletmek için ana araçlardan biridir. Kuantum kriptografisinde, kriptografik anahtarlar oluşturan fotonları iletmek için kullanırız.
İkincisi, demiryolu altyapısının kendisi -korunması gereken bir dizi karmaşık teknik nesne. İdeal olarak, demiryolu hatları boyunca anahtarların kuantum dağılımına sahip olsaydık, bu kuantum anahtarlarını demiryolu endüstrisinde ortaya çıkan bilgi güvenliği sorunlarını çözmek için kullanabilirdik.
Ve son olarak, birçok demiryolu güzergahı -sadece insanların taşınması değil, aynı zamanda büyük miktarda çeşitli verilerin taşınması. Örneğin, Rus Demiryollarının amiral gemisi projelerinden biri olan Moskova - Petersburg. Rotanın değeri ortada: Moskova'da muazzam sayıda veri kullanıcısı var ve St. Petersburg'da daha az değil. Korunması gereken büyük miktarda anlamlı bilgi alışverişinde bulunurlar, bu nedenle kuantum kriptografi kullanma fikri şüphesiz ekonomik olarak haklıdır.
Genellikle kuantum dağılımının uygulanmasıYüz kilometreden fazla bir mesafede bulunan iki A ve B noktası arasındaki anahtarlar, A'dan B'ye giden rotaya ek ara güvenilir düğümler eklenerek gerçekleştirilir. Böyle bir ağa "omurga" denir (İngilizce. omurga) - "Yüksek teknoloji"). Dünyada bir halka yapısı da mümkündür: bir halkanın bir parçası arızalandığında, halkanın başka bir parçasına bilgi gönderilebilir. Yıldız sistem tasarımı, merkez ofis ve çevre mimarisi çalışması ile dağıtılmış bir mimariye uygundurlar. Pekin-Şangay ağı gibi dallanmış kapalı ve açık yapılar olabilir, bu bir dizi uzun mesafeli ağ ile bir tür "omurga".
Kuantum ve kuantum sonrası kriptografi
Kriptografi olduğunu varsaymayınsadece finans veya bankacılık sektöründeki şirketler için, herkesi ilgilendirir. Hepimizin şifreli biçimde veri alışverişi yapması gerekiyor, çünkü kullandığımız bazı bilgiler aslında çok değerli. Örneğin internetten kredi kartı ile alışveriş yapmak istiyoruz. Bunu yapmak için bir şekilde kredi kartı bilgilerini bankaya aktarmamız gerekiyor, ancak böylece banka parayı yazabilir, ancak saldırgan bunu yapmaz.
Kriptografi paradigması, yöntemin şu gerçeğine dayanmaktadır:Dönüşüm saldırgan tarafından bilinmektedir. Yani, nasıl şifrelediğimizi biliyor, ancak tek gizli şifreleme parametresini - şifreleme anahtarını - bilmiyor. Bu, şifreleme döngüsünü uygulamak için bir şekilde bilginin alıcısıyla bir şifreleme anahtarı alışverişinde bulunmamız gerektiği anlamına gelir.
Anahtarları nasıl aktarabilirim?Bu sorunu çözmek için eyalet ve şirket düzeyinde özel kuryeler kullanıldı. Yöntem bugüne kadar kısmen uygulanıyor - örneğin diplomatlar tarafından. Bu yaklaşımın dezavantajları açıktır: Karmaşıktır, ekonomik olarak uygulanabilir değildir ve işlevsel olarak yalnızca çok az sayıda işlem için uygundur; bu şekilde İnternet'ten kitap satın alamazsınız.
70'li ve 80'li yılların ortalarında yeni birkavram açık anahtar şifrelemesidir. Buradaki fikir, bazı matematiksel prosedürleri uygulayarak bir kriptografik anahtar oluşturabilmemizdir. Dolayısıyla, meşru kullanıcılar olarak bizlerin yalnızca sayıları çarpmak gibi etkili matematiksel işlemleri gerçekleştirmemiz gerekecek. Saldırganların anahtarlarımıza erişebilmesi için karmaşık bir işlem gerçekleştirmeleri gerekecek; örneğin sayıları asal çarpanlara ayırmak.
Bu konsept bugün hala harika çalışıyor, ancakBir noktada, yeterince güçlü bir kuantum bilgisayarı ortaya çıktığı anda, sayıları asal çarpanlara ayırma gibi problemler üzerine inşa edilen mevcut nesil algoritmaların artık kararlı olmayacağı ortaya çıktı. Kuantum bilgisayarın ortaya çıkışıyla birlikte kriptografinin en savunmasız unsuru anahtar dağıtımı ve dijital imzalar olacağından, kriptografik anahtarlar üretmenin yeni araçlarına ihtiyaç duyulacak.
için temelde iki yeni yaklaşım vardır.Sorunu çözmek. Birincisi, kuantum anahtar dağılımı olan (daha önce tanımladığımız) kuantum kriptografisidir. Kuantum kriptografisi şu şekilde çalışır: bilgi bitlerini ışığın tek kuantum durumlarına (foton) kodlar ve iletiriz. İletimdeki hataların seviyesi, davetsiz misafirlerin izinsiz giriş derecesini hemen belirleyebilir. Hata oranı belirli bir eşiği geçmezse, kısaltılmış anahtarlarla ilgili interceptor bilgilerinin ihmal edilebilir olması için anahtarlarımızı özel bir şekilde kısaltabileceğimizi söylüyoruz. Bu prosedür "sertleştirme" olarak adlandırılır ve son gizli anahtarları elde etmek için gereklidir.
Böylece dağıtım sorununu çözmüş oluyoruz.davetsiz misafirlerin bir kuantum bilgisayarı varsa kriptografik anahtarlar, çünkü kuantum kriptografisi bir kuantum bilgisayarla kırılamaz. Yararları: Temel, fizik tabanlı güvenlik. Dezavantajları: Anahtar oluşturma mesafesi, maliyeti ve hızıyla ilgili kısıtlamalar. Kuantum anahtar dağıtım sistemlerinin karmaşık donanım ve yazılım sistemleri olduğuna dikkat etmek de önemlidir. Kuantum tarafından üretilen anahtarların güvenliğinin kuantum mekaniğinin aksiyomları temelinde kanıtlanmasına rağmen, belirli bir fiziksel uygulamada her zaman bir güvenlik açığı tehlikesi vardır.
İkinci Yaklaşım - Kuantum Sonrası Şifreleme - Fikirsayıları asal faktörlere ayırma problemleri üzerine değil, çözümünde bir kuantum bilgisayarının hiçbir avantajı olmayacağı diğer karmaşık matematiksel problemler üzerine inşa edilmiş yeni asimetrik kriptografik algoritmaların yaratılması. Örneğin, bir karma işlevinin çarpışmasını aramak. Dedikleri gibi, kuantum sonrası ilkellerin üzerine bir imza veya anahtar dağılımı oluşturursak, kendimizi bir kuantum bilgisayar kullanarak saldırılara karşı koruyabiliriz.
Kuantum sonrası kriptografi bugün yeterlidiriyi gelişmiştir: ticari kütüphaneler, çözümler, ürünler halihazırda sunulmaktadır. Artık teknoloji standardizasyon aşamasından geçiyor: Hem Rusya'da hem de dünyada hangi çözümlerin standartlaştırılacağına karar verme süreci var. 2024 ufkunda standartların sabitleneceğini düşünüyorum. Teknolojinin avantajları: basitlik ve yüksek entegrasyon hızı (yazılımdan bahsettiğimiz için), düzenli yazılım güncellemeleri. Zaten günümüzde bu tür çözümler, kurumsal kullanıcıların ve bireylerin (web, mobil ve masaüstü uygulamaları) çok çeşitli hizmet ve uygulamalarına ait değerli verilerin korunmasını güçlendirmek için kullanılmaktadır. Ana dezavantaj, kuantum sonrası kriptografinin gizliliğinin hala belirli matematik problem sınıflarını çözmenin zorluğu hakkındaki bazı varsayımlara dayanmasıdır. Kuantum sonrası algoritmaları hacklemenin mümkün olacağı bir "kuantum sonrası" bilgisayarın ortaya çıkması konusunda her zaman bazı varsayımsal olasılıklar vardır. Kuantum anahtar dağıtımının aksine. Burada temelde kanıtlanabilir bir güç yoktur - bu tür algoritmalar, güçleri açısından incelenmeye devam etmektedir.
Bu iki teknolojinin olabileceğini belirtmekte fayda var.çok iyi birleştirilmiş. Böylece, örneğin büyük şirketlerin veri merkezleri arasındaki yüksek yüklü omurga veri iletim kanalları, kuantum kriptografi kullanılarak korunabilir. Ve yazışmalarımız veya bin rublelik banka işlemimiz kuantum sonrası kriptografi kullanılarak yapılıyor. Yani kuantum ve kuantum sonrası kriptografiye karşı çıkılmamalı, ancak bunları verimli bir şekilde sinerjik teknolojiler olarak düşünmeliyiz. Sadece biri daha çok altyapıyla ilgili yığın katmanına odaklanıyor, diğeri ise kullanıcıyla ilgili.
Kuantum kriptografi standardı aynı zamandaoluşturuluyor. Standart, belirli bir protokol, yani hangi kuantum durumunun alınması gerektiği, nasıl hazırlanıp ölçüleceği ve bununla daha sonra ne yapılacağı konusunda belirli bir yöntem olacaktır. Şu ana kadar standartlar için tek bir aday var; aldatıcı durumlara sahip BB84 protokolü. Bu protokol gizli anahtar üretimini garanti eder. Ancak sürekli yeni protokoller ortaya çıkıyor.
Kuantum blok zinciri ve yeni başlayanlar
Son yıllarda buna çok dikkat edildiblockchain teknolojileri - dağıtılmış veritabanlarını yönetmeye yönelik teknolojiler. Blok zincirleri iki önemli kriptografik araç kullanır. Öncelikle bloklara göndermek istediğimiz işlemlerin yazarlığını teyit eden elektronik imzalar. İkincisi, fikir birliğine varmak için çeşitli yöntemler. Örneğin, yöntemlerden biri olan iş kanıtı (İngilizce, iş kanıtı - “Yüksek Teknoloji”), kriptografik karma işlevlerine dayanmaktadır.
Blockchain kuantum bilgisayarına karşı savunmasızözellikle kuantum bilgisayar saldırılarına dayanıklı olmayan elektronik imzalar ve fikir birliği mekanizmaları kullanılıyorsa. Ancak bu tür saldırılara karşı dayanıklı blok zincirleri (kuantum güvenli (kuantum) blok zincirleri) oluşturmak mümkündür. Kuantum blok zinciri, kuantum veya kuantum sonrası kriptografiyi (veya bunların bir kombinasyonunu) kullanır ve imzaların ve fikir birliğinin kuantum bilgisayarlara daha dayanıklı hale getirilmesine olanak tanır.
Rus kullanıcıların ilgisine tabidirGelecekte iki ila üç yıl içinde ülkede bir kuantum blok zincirinin ortaya çıkmasını bekleyebiliriz. Başlangıçta, gelecekte dağıtılmış bir sistemin oluşturulacağı bir kuantum iletişim ağları altyapısı oluşturmak gerekir.
Kuantum iletişimi en popüler olanıdır.Rus girişimlerinin çalışmaları için yön. Klasik bilgi güvenliği sağlayıcıları olan büyük şirketlerin çeşitli bölümleri piyasada faaliyet göstermektedir. Bunlar ITMO Üniversitesi, Quanttelecom, bilgi güvenliği konusunda uzmanlaşmış şirketlerin bölümleri, InfoTeKS ve Cryptosoft'a dayanan girişimlerdir. QRate, 2017'den beri Rus Kuantum Merkezi'nin bir yan ürünü. Startup'ların hibeler ve özel yatırımlarla çalışması daha olasıdır. Rusya'daki girişim anlaşmaları benim için hala bilinmiyor.
Nesnelerin İnterneti ve Kuantum Güvenliği
Birçok Nesnelerin İnterneti cihazı (sensörleri)hem klasik hem de kuantum olabilir. Diyelim ki bir dizi klasik sensörümüz, Nesnelerin İnterneti cihazlarımız, gizli bilgilere sahip kontrol ağ geçitlerimiz var. Bunları birbirine bağlamak için bir kriptografik koruma protokolüne, yani kuantum iletişimine ihtiyacınız var.
Bu doğrultuda şu ana kadar sadecebireysel elemanları veya cihazları koruyan prototipler; endüstriyel ölçek hakkında konuşmak için henüz çok erken. Öncelikle dünyanın yönün değerini anlaması, korunması gereken Nesnelerin İnterneti cihazını seçmesi ve kuantum iletişimini etkili bir şekilde uygulaması gerekiyor. Ayrıca bir takım teknik engellerin de aşılması gerekiyor.
Bugün tam olarak ne olduğu tam olarak belli değilNesnelerin İnternetinin bu kadar yüksek düzeyde korunması gerekiyor. Ancak Nesnelerin İnterneti teknolojisi yayıldıkça bilginin değeri ve onu hacklemenin değeri de artacaktır. Teorik olarak, bilgisayar korsanlığı özellikle tam otomatik üretimde tehlikeli olabilir. Dolayısıyla sensörlerin karar alma merkezine yanlış bilgi iletmesi durumunda kararlar yanlış verilecek ve böyle bir saldırının ekonomik zararı oldukça büyük olabilecektir.
Kuantum İletişiminin Yakında Uygulanacağı Beş Endüstri
- Finans.Bankalar yeni teknolojileri ilk benimseyenlerdir.
- Kamu sektörü.Burada iletişimler kullanıcı verileriyle, hükümet sistemleriyle, seçimlerle, yani yüksek düzeyde korumanın önemli olduğu tüm alanlarla ilgilidir.
- Telekomünikasyon.Uzaktan bilgi depolama hizmetleri (onlar için iyi koruma da önemlidir). Depolama için veriler kuantum yöntemi kullanılarak şifrelenebilir.
- İlaç.Dünya giderek daha fazla genetik veri topluyor,bir kişinin tüm yaşamını ve özelliklerini belirleyen. Bazı ülkelerde, bir kişinin genetik verilerinin bir kısmına, pasaport verileriyle eşitlenerek yasal güç vermek için bir süreç halihazırda devam etmektedir. Onları saldırılardan ve manipülasyondan korumak da önemlidir.
- Enerji.Büyük altyapıların, otomasyon sistemlerinin ve enerji iletiminin yönetiminin korunması önemlidir. Bu tür sistemlerde zaten birçok noktada kriptografi kullanılıyor.
Dünyada ve Rusya'da kuantum iletişimi
Dünya çapında kuantum iletişimi artık bir parçası haline geldikuantum teknolojileri üzerine ulusal programlar. Uzmanlar Çin'i dünya lideri olarak görüyor ancak Avrupa Birliği'nde de iletişim aktif olarak gelişiyor. Japon Toshiba şirketinin Cambridge'de bir laboratuvarı var, İngiltere ve ABD'de birkaç proje çalışıyor (ancak ikincisi hala kuantum hesaplamaya odaklanıyor).
Rusya'daki kuantum iletişim alanı benziyoryatırım çekici. Bugün Rus kuantum kriptografisinin teknolojik seviyesi, küresel olanla karşılaştırılabilir ve anahtarların sonradan işlenmesi için bazı çözümler dünyadaki muadillerinden daha iyi görünüyor.
Oldukça genç olan her teknoloji gibi,Kuantum iletişiminin yaygın gelişimi nedeniyle bazı zorlukları var. Kuantum bilgisayarı kullanarak herhangi bir değerli bilginin hacklenmesi veya çalınması gibi dünyada bir emsal oluşana kadar, kuantum şifreleme daha çok sigortaya benziyor. İnsanlar potansiyelinin tam olarak ortaya çıkıp çıkmadığını anlamıyorlar, bu da yatırım çekmeyi zorlaştırıyor. Potansiyelinizi kanıtlamak için en az bir hack'e ihtiyacınız var. Ayrıca şunu ortaya koymak gerekirse, Rusya pazarında yol haritası gibi projeler eksik; cihazların seri üretimi ve bunları iyileştirme girişimleri.
Tüm şirketler açık olarak veri paylaşmaz.çözümleri geliştirmenin hangi aşamasındadır. QRate'in endüstriyel kullanıma hazır bitmiş bir ürünü var, potansiyel müşteriler tarafından test ediliyor - örneğin Gazprombank. Sber ayrıca şirketin sistemlerini bir yıl boyunca hata toleransı açısından test etti. Başlangıç, fiber optik uygulamaya odaklanarak kuantum iletişim teknolojisi geliştiriyor.
İnşaat Aralık 2020'de başladıomurga kuantum ağı Moskova - St. Petersburg, Rus Demiryolları tarafından. Bu, 100-200 km mesafedeki segmentlerden oluşacak bir çizgidir. Sinyal iletimindeki kayıpları azaltmak, sinyalin düğümlerde yeniden şifrelenmesi için gereklidirler. Kuantum tekrarlayıcılar henüz yeterince geliştirilmediği için ağdaki klasik güvenilir düğümler kullanılır (bir başka büyük bilimsel problem). Genel olarak, bu ağ, Moskova ve St. Petersburg arasında büyük miktarda veri dolaşan kuantum iletişimi alanında ekonomik olarak uygulanabilir bir proje örneğidir. Ağ, diğer şeylerin yanı sıra, insansız Sapsanların ve Kırlangıçların kontrol edileceği iletişim kanallarının korunmasına yardımcı olacak.
Daha fazla oku:
Dünyanın dönüşünün yavaşlaması, gezegende oksijen salınımına neden oldu.
Gökbilimciler derin uzayda olağandışı yapıları tespit ediyor
60.000 yıllık Neandertal kaya sanatını daha fazla görün