Учёные из Центра компетенций НТИ «Квантовые коммуникации» при НИТУ МИСИС совместно с Российским квантовым центром, исследователями из Университета ИТМО, Национального университета оборонных технологий (NUDT) в Китае и Фонда квантовых технологий Таиланда (QTFT) смогли защитить установки квантовой криптографии от атак со вбросом света. Исследования опубликованы в международном журнале по квантовой физике PRX Quantum и отмечены Американским физическим обществом. 

Под квантовой криптографией или квантовым распределением ключей (КРК) подразумевается метод защиты информации, построенный на использовании фундаментальных законов физики. Чтобы отправить шифрованное сообщение, пользователь пересылает получателю часть информации (ключ), представляющий случайную последовательность бит, нужную для расшифровки сообщения. И если подобный ключ отправляется в виде одиночных частиц света (фотонов), его невозможно взломать или скопировать. Но в этом случае можно атаковать не канал передачи, а сам источник одиночных фотонов. Например, если установка квантового распределения ключей построена с инженерными ошибками, она может быть уязвима для атак с использованием света. Злоумышленник может перехватывать биты секретного ключа с помощью сверхъяркого света, незаметно запущенного в оптоволокно в направлении источника. Подобные атаки заставляют блок источника одиночных фотонов работать некорректно. Однако это не всё: они приводят к утечке секретного ключа за счёт возникновения побочных каналов в кодировке информации или отражений света.

Анастасия Поносова

Научный сотрудник Российского квантового центра

«Злоумышленник, от которого мы защищаемся, не ограничен в средствах и будет использовать все доступные достижения технологии. Эксперимент по тестированию защиты требовал осторожной работы, так как наш лазер высокой мощности был способен повредить окружающие предметы». 

И вот международная группа учёных провела эксперимент с возможностью защиты от данных атак при помощи включения в установку дополнительного компонента, а именно волоконно-оптического циркулятора или изолятора. После добавления компонента луч света кибепреступника в первую очередь поражает компонент и может вывести его из строя, как плавкий предохранитель, и этого достаточно, чтобы уменьшить мощность лазера, которого не хватает для поражения основного устройства. Данная технология поможет физикам и специалистам по безопасности обеспечить защиту квантового шифрования от несанкционированного доступа. 

Вадим Макаров

Руководитель лаборатории по исследованию уязвимостей систем квантовой криптографии и разработке методов их сертификации Российского квантового центра и Центра компетенций НТИ «Квантовые коммуникации» НИТУ МИСИС

«Результатом работы стало создание надежной защиты от данного класса атак, а не просто обнаружение дыры в безопасности, которую не очень понятно, как закрыть. Надеемся, что протестированная нами контрмера будет немедленно применена во всех промышленных системах квантовой криптографии».