Защита телекоммуникаций (стр. 7 )

В настоящее время во всем цивилизованном мире идут широкомасштабные исследования оптических систем связи с использованием протоколов квантовой криптографии, являющихся предельным случаем защищенности передаваемой информации. Как известно, защищенность передачи данных зависит от возможности сохранить ключ в секрете от противника.

Системы квантовой криптографии позволяют обеспечивать защищенное распределение секретного ключа. Если говорить о синхронной схеме, то ее уязвимость в существенной мере зависит, например, от успешности деятельности разведки. Яркий пример тому — использование криптомашины Enigma немецкими военными во время Второй мировой войны. Как только английские спецслужбы добывали ключи, то, какой бы ухищренной ни была схема шифрования, она раскрывалась в считанные дни и при том весьма незамысловатыми по сегодняшним меркам средствами.

Сохранность криптосистемы с публичными ключами, являющейся основой передачи данных в Internet, возможна только до тех пор, пока нет достаточной вычислительной мощности для ее раскрытия. Безопасность схемы, предложенной RSA, гарантируется факторизацией больших целых чисел. В предвидении неизбежного конца этой схемы информационному обществу требуется альтернативное решение. Пока ничего иного помимо квантовой криптографии не предложено.

Ведущий специалист RSA Laboratories Бурт Калиски сказал по этому поводу: «Квантовое распределение ключей является основным сдвигом парадигмы в развитии криптографии. Способность обнаруживать прослушивание линии связи с абсолютной уверенностью в обнаружении вызывает восхищение. Сочетание квантовой и классической криптографии способно обеспечить реальную защищенность коммуникаций».

Несмотря на все преимущества систем квантовой криптографии, все же и к ним возможно осуществить неконтролируемый несанкционированный доступ [1, 2, 3].

Актуальной является не проблема защищенной передачи секретного ключа в квантовых каналах связи (решение этой проблемы подразумевается самой идеей передачи бит-ключа в виде отдельных квантов света, а также применением классической теории корректирующих кодов), а осуществление неконтролируемого доступа к квантово-криптографическому каналу связи без непосредственного взаимодействия с передаваемыми квантами.

Это объясняет актуальность исследований в направлении разработки методов и алгоритмов и создания устройств и программно-аппаратных комплексов, позволяющих осуществлять перехват конфиденциальной информации в квантовых криптографических каналах и исследование алгоритмов и средств противодействия этому перехвату [4, 5].

Разработки в области несанкционированного доступа к квантовым каналам связи являются засекреченными, что не позволяет в полной мере изучить состояние данного вопроса. В то же время возможность съема информации с квантового канала следует из следующих основных физических явлений:

- вынужденное излучение возбужденных атомов вещества;

- усиление интенсивности вынужденного излучения;

- усиление электромагнитных излучений.

На этих физических явлениях основана работа квантовых устройств, которые могут быть использованы для перехвата сообщений с квантовых каналов связи. Являются общеизвестными работы 1952–1964 гг., в т. ч. Нобелевских лауреатов, по практическому созданию квантовых генераторов и усилителей сверхвысоких частот, инфракрасного, видимого, а позднее – ультрафиолетового и рентгеновского диапазонов.

Известны квантовые усилители, способные усиливать излучение любой поляризации, быстродействующие однопроходные квантовые усилители и квантовые усилители, действующие в широком диапазоне энергий. Здесь вынужденно излученный фотон при определенных условиях тождественен вынуждающему, в частности, обладает той же энергией, вектором импульса, фазой и поляризацией.

Известны делители светового потока, переключатели, в т. ч. быстродействующие рассекатели цуга фотонов (например, на явлениях Поккельса, Керра, Фарадея, самопросветления, самофокусировки Аскарьяна и Пилипецкого). Явление полного внутреннего отражения света практически повсеместно используется в оптоволоконных линиях связи.

Известно явление нарушенного полного внутреннего отражения электромагнитного излучения [6]. Созданы устройства для ввода фотонов в световод. Изучено явление квантового замедления света как в обычных, так и в криогенных (сверхтекучих, сверхпроводящих) средах.

Таким образом, даже краткий обзор физических явлений и реализующих их устройств позволяет сделать предварительные выводы о возможности неконтролируемого несанкционированного доступа в квантовые каналы связи.

Библиографический список

1. , , Анализ методов съема информации в квантовом канале связи. Научно-практический журнал Информационное противодействие угрозам терроризма. №3. 2004.

2. Rumyantsev K.Ye., Khayrov I.Ye., Novikov V.V., Trotsuk E.V. Analysis of key sequence methods creation in multi-user quantum computer networks. Basic research №5, 2004. p.91.

3. Rumyantsev K. Ye., Khayrov I. Ye., Novikov V. V., Trotsuk E. V. Quantum cryptography protocol BB84 efficiency research with coding one-photon statuses on polarization. Basic research №5, 2004. Р.90.

4. , , Анализ возможности несанкционированного доступа в квантово-криптографическом канале. Материалы Международной научной конференции АС-2004 «Анализ и синтез как методы научного познания». 2004. С.55-57.

5. , , Съем информации в квантово-криптографическом канале. Материалы VI Международной научно-практической конференции «Информационная безопасность - 2004». Изд-во ТРТУ, 2004. С.302-305.

6. Физический энциклопедический словарь. Ред. . М. БРЭ. 1991.

, ,

Россия, г. Таганрог, ТРТУ

РАЗРАБОТКА ФОТОПРИЕМНОГО МОДУЛЯ

ДЛЯ АТМОСФЕРНОЙ КВАНТОВОЙ СИСТЕМЫ СВЯЗИ

Развитие телекоммуникационных систем нового поколения основано на использовании широкополосных и сверхширокополосных сигналов с большой информационной емкостью. В системах связи широкая полоса частот несущих сигналов позволяет как увеличить скорость передачи информации, так и повысить устойчивость работы систем при наличии возмущающих факторов [1, 2].

Задача создания систем со скоростью передачи информации более 1 Гбит/с решается путем перехода в оптический диапазон волн. Помимо возможности существенного увеличения скорости передачи оптическая связь позволяет повысить помехозащищенность передаваемых сообщений, снизить габариты приемо-передающих устройств при сохранении больших коэффициентов усиления антенн и снизить чувствительность к влиянию ионизации атмосферы.

В оптических системах связи широкое распространение находят как открытые (атмосферные, космические), так и закрытые (световодные) каналы передачи информации.

Бурное развитие квантовых технологий и волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) привело к появлению квантово-криптографических систем, являющихся предельным случаем защищенности ВОЛС. В подобных системах используется новый алгоритм шифрования ¾ генерация секретного ключа при помощи квантовой криптографии (QKD-система).

Передача как секретного ключа, так и самих данных осуществляется отдельными фотонами находящимися в состоянии прямолинейной или диагональной поляризации. Перехват подобного сообщения неизбежно ведет к внесению в него искажений согласно принципу неопределенности Гейзенберга, что может быть сразу обнаружено авторизованными пользователями.

Работы в области квантовой криптографии ведутся во многих странах мира. В России, например, этими вопросами активно занимаются в Государственном университете телекоммуникаций (г. Санкт-Петербург).

По сообщениям информационной службы Римского Бюро (IDG News Service, Rome Bureau) от 01.01.2001г. Европейский союз должен инвестировать 11 млн евро на разработку в течение четырех лет защищенной системы связи, в основе которой лежит квантовая криптография. В случае успеха результатом проекта станет абсолютно стойкий шифр и абсолютная защита от перехвата сообщений. В первую очередь сообщения будут защищены от системы тотального мониторинга и промышленного шпионажа «Эшелон», ведущегося спецслужбами США, Великобритании, Канады, Новой Зеландии и Австралии. В докладе Европарламента, специально посвященном Эшелону, квантовая криптография рекомендована как эффективная мера защиты данных. «Экономический шпионаж в прошлом причинил серьезный вред европейским компаниям. Посредством нового проекта мы внесем существенный вклад в экономическую независимость Европы», - сообщил один из главных координаторов проекта Кристиан Моник (Christian Monyk), директор по квантовым технологиям австрийской компании ARC Seibersdorf Research GmbH.

Одним из важнейших элементов оптической информационной системы, определяющей ее чувствительность и энергетический потенциал, является приемная аппаратура. Предельные параметры приемной аппаратуры удается получить при использовании одноэлектронных фотоприемников, работающих в режиме счета отдельных фотонов. Работа оптических систем связи в режиме счета фотонов позволяет не только обнаруживать и принимать сигналы при больших расстояниях между корреспондентами, но и значительно повысить их защищенность от несанкционированного доступа.

Таким образом, актуальным является вопрос исследования возможностей применения метода счета фотонов в телекоммуникационных системах нового поколения, таких как квантовых криптографических системах. Метод счета фотонов наиболее применим для сигналов видимого диапазона волн. Использование именно этого диапазона позволяет как дополнительно увеличить широкополосность (по сравнению с инфракрасным излучением), так и применять в качестве фотоприемной аппаратуры миниатюрные вакуумные одноэлектронные фотоприемники, являющиеся на данный момент самыми чувствительными и малошумящими устройствами для соответствующего применения.

В ходе проведенных исследований разработан фотоприемный модуль на основе миниатюрного фотоэмиссионного устройства (ФЭУ), работающий в интегральном режиме и имеющий следующие характеристики: