Продолжаем говорить о безопасности квантовой сети.

Проблема безопасности при передаче ключей

При рассмотрении производительности сети КРК мы используем следующие предположения:

1.    Узлы являются доверенными. Протокол аутентификации работает должным образом и даёт сбой с вероятностью не более εauth для каждого узла. Все узлы атакуются по отдельности и одновременно в каждом сеансе передачи ключей.

2.    КРК-соединения могут быть любого типа (через оптоволокно, свободное пространство, соединение «точка-точка» или с недоваренными узлами между ними, например, см. рис. 3),  должны работать должным образом между всеми узлами, и каждое соединение независимо должно быть εqkd-безопасным (для простоты мы считаем их одинаковыми для каждого соединения). Все КРК-соединения атакуются по отдельности и одновременно в каждом сеансе передачи ключей.

3.    Расстояние между двумя соседними узлами не превосходит предельного. Предельным должно рассматриваться расстояние между наиболее удалёнными друг от друга связанными (через c − 1) узлами.

Квантовое распределение ключей (QKD) [1] является одним из наиболее стремительно развивающихся направлений в современной науке. Важнейшим преимуществом QKD является безопасность передачи персональных данных квантово-распределенными ключами, основанная на законах квантовой физики, а не на математических алгоритмах. Последние могут быть взломаны, а вот обмануть фундаментальные законы физики не представляется возможным.

Работа над развитием технологии QKD может рассматриваться в качестве основы в процессах безопасной передачи данных по глобальной сети. Лишь несколько вариантов топологий сетей до недавнего времени были предложены и проанализированы наряду с основными транспортными схемами и оценками их безопасности. Однако, существующее ограничение в расстоянии между двумя соседними узлами подталкивает к развитию широкомасштабных квантовых сетей, которые смогли бы охватить большие площади или превратиться в магистральные сети, соединяющие города и страны.

В эпоху стремительного развития квантовых технологий и их интеграции в современные телекоммуникационные сети крайне важно быть в курсе последних достижений и вызовов, стоящих перед учеными и инженерами.

Исследования в области квантового распределения ключей (КРК) и квантовых сетей продолжают открывать новые горизонты, обещая высокий уровень безопасности и эффективности в передаче данных на большие расстояния.

В дайджесте представлены недавние работы, которые не только иллюстрируют текущие достижения в области квантовых коммуникаций, но и подчеркивают важность решения возникающих проблем для создания надежной и безопасной квантовой инфраструктуры.

В первой части статьи мы обсуждали вопрос о потенциале применения фотонных интегральных схем (ФИС) для миниатюризации систем квантового распределения ключей (КРК) с точки зрения оптических материалов. Прежде чем перейти к вопросу о конкретных реализациях, стоит остановиться на некоторых рассматриваемых сейчас экспертами сценариях применения этой технологии в квантовом интернете.

В конце 2023 года Росстандартом были утверждены первые четыре предварительных национальных стандарта в области квантовых коммуникаций, включая «Квантовые коммуникации. Термины и определения» и «Квантовый интернет вещей. Термины и определения». Согласно им:

Квантовый интернет — глобальная информационная квантовая сеть, в узлах которой формируется, обрабатывается и хранится квантовая информация, и узлы которой соединены квантовыми каналами.

«Квантовый интернет вещей — интернет вещей с использованием квантовых технологий».

Случайные числа являются важнейшим ресурсом в большом числе практических приложений. Последовательности случайных чисел применяются в системах безопасности, криптографии (в том числе в квантовой криптографии), в научных исследованиях (статистике, моделировании различных систем и процессов), а также в играх.

Генераторы случайных чисел (ГСЧ) можно формально разделить на две категории: псевдослучайные и аппаратные. Генерация псевдослучайных чисел основана на математических алгоритмах, позволяющих получать каждое последующее число путем математического преобразования предыдущего числа согласно заданному алгоритму. Однако, зная предыдущие числа и математический алгоритм, можно предсказать всю последовательность.

В нашей компании мы разрабатываем квантовый генератор случайных чисел, основанный на флуктуациях вакуума.

Сегодня системы квантового распределения ключей (КРК) в России и в мире выходят из научных лабораторий на рынок. В нашей стране квантовые сети развиваются в той же логике, что в Китае и Европе. На первом этапе организуются магистральные сегменты, протянувшиеся на сотни километров и соединяющие мегаполисы. На данный момент они созданы между Санкт-Петербургом, Москвой и Нижним Новгородом.

В 2024 году ОАО «РЖД» планирует продлить их на юг до Сочи через Ростов-на-Дону и на восток до Екатеринбурга через Казань.

На втором этапе к опорным узлам магистральных квантовых сетей, как правило располагающихся в крупных центрах обработки данных, будут присоединяться городские квантовые сети, обслуживающие организации-абоненты.

Следует учитывать, что готовые к промышленной эксплуатации и проходящие сертификацию системы КРК предназначены для монтажа в стандартные 19-дюймовые серверные стойки и имеет соответствующие габариты, сравнимые с размерами магистральных шифраторов, а также высокую стоимость. Для того, чтобы сделать технологию КРК по-настоящему массовой, потребуется провести миниатюризацию, разработать решения для размещения на рабочих столах абонентов, на подвижных платформах (в том числе беспилотных транспортных средствах), а в долгосрочной перспективе — для БПЛА и даже устройств, носимых человеком (на отдельном носителе или интегрированные, например, в смартфон).

Особенности мультиплексирования квантовых и информационных каналов оптической транспортной сети

В современном мире, где информация стала самым ценным ресурсом, безопасность передачи данных приобретает критическое значение. Ассиметричные методы криптографии, на которых основана большая часть современных систем безопасности, смогут быть подвержены новым угрозам, связанным с развитием квантовых компьютеров. В это время на сцену выходит квантовая криптография, обещающая революцию в области защиты информации. Квантовая криптография использует законы квантовой физики для создания абсолютно защищенных способов передачи информации.

В центре этой технологии находится процесс, известный как квантовое распределение ключей (КРК). Этот процесс позволяет двум сторонам формировать у себя коррелированные битовые последовательности, которые в дальнейшем могут быть использованы сторонами как симметричные криптографические ключи. При этом никакой злоумышленник не сможет перехватить или скопировать этот ключ без обнаружения благодаря уникальным свойствам квантовых частиц, таких как фотоны, которые изменяют свое состояние при попытке измерения или копирования, тем самым сигнализируя о попытке вмешательства.

Таким образом, квантовое распределение ключей предлагает решение, устойчивое к атакам даже с использованием квантовых компьютеров. При этом даже в случае, если полноценный квантовый компьютер никогда не появится, технология принесет пользу в части автоматизации процесса выработки и распределения симметричных ключей, тем самым исключая из него человеческий фактор.

Современный мир интернета вещей (IoT) и смарт-устройств требует гибкости и мощности при управлении сетевым оборудованием. Найти подходящее решение, сочетающее в себе одновременно простоту, надежность и доступность, может быть сложной задачей. Сегодня я хочу рассмотреть одну из таких комбинаций: одноплатный компьютер Orange Pi с операционкой OpenWRT + Python.

Orange Pi – мощная и компактная альтернатива другим одноплатным компьютерам. Он обладает большой вычислительной мощностью, расширяемыми возможностями и множеством интерфейсов. OpenWRT, в свою очередь, легкая и гибкая ОС, специально разработанная для маршрутизаторов и сетевых устройств. ОС предлагает широкие возможности настройки и расширения сетевых функций. Ну и Python – один из самых популярных языков программирования в мире, предоставляет простоту и эффективность для разработки скриптов и автоматизации задач.

В предыдущей статье я рассказал, как создать блок-дизайн c софт-процессором Microblaze, ethernet в режиме SGMII и SPI flash. В этой статье я расскажу про то, как собрать и настроить образ линукса, какие инструменты для этого понадобятся и про дорогие, любимые грабли, куда же без них.

Поехали!

Данная серия статей является туториалом по установке линукса на плату KC705 с софт-процессорным ядром Микроблэйз.

В первой части я описываю процесс создания схемы платформы, на которую мы поставим систему, с описанием некоторых нюансов.

Во второй части я опишу процесс сборки образа линукса и тестирование его работоспособности на отладочной плате путём прошивания через usb.

В третей — расскажу о том, как прошить SPI флэшку на плате, чтобы система стартовала сразу при включении платы.

Буду рад любым советам, замечаниям и фидбэку в комментариях. Статью считаю полезной, т.к. в процессе столкнулся с достаточно большим количеством неочевидных вещей, настроек и решений, информацию о которых в интернете нашёл с трудом. Да и вообще, актуальных туториалов и статей, конкретно по этой отладочной плате в интернете ничтожно мало. Поехали!