Kvantesikker online shopping kommer et skridt nærmere – Physics World

Kvantesikker online shopping kommer et skridt nærmere – Physics World

Tidsstempel: 23. januar 2024 kl. 9

En person, der holder et kreditkort i den ene hånd og trykker på en skærm på den anden
(Med høflighed: iStock/Jay-Yuno)

Online shopping boomede under pandemien, men det er fortsat sårbart over for svindel, der involverer både købere og sælgere. Kvantekommunikation kunne i princippet tilføje endnu et lag af sikkerhed, men at verificere en transaktion sikkert, i stedet for blot at kommunikere den, kræver en "signatur" bestående af tusindvis af kvantebits (qubits) for en enkelt meddelelsesbit.

For nutidens støjende, uperfekte kvantesystemer er det en meget høj bar, men forskere ved Kinas Nanjing Universitet, Renmin Universitet og Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics fandt en måde at sænke den på. Ved at bruge en matematisk teknik kaldet engangs-universel hashing, der genererer kortere sikre "nøgler", reducerede forskerne betydeligt antallet af qubits, der kræves for at verificere en e-handelstransaktion. De overvejede også forskellige realistiske kildefejl baseret på et skema, der er uafhængigt af de anvendte måleenheder, og derved undgår behovet for perfekte signaler til at distribuere informationen.

Fra QKD til QDS

Kvantekommunikation hviler på princippet om, at enhver, der forsøger at opsnappe en meddelelse, der er kodet i kvantetilstande, uundgåeligt vil forstyrre disse tilstande på en måde, der let kan opdages. Dette princip bruges allerede i kvantenøgledistribution (QKD), men i sig selv kan QKD ikke garantere e-handelssikkerhed, fordi det kun giver en sikker kommunikationskanal. Den håndhæver ikke andre vigtige e-handelsmål, såsom integritet, ægthed eller ikke-afvisning (afvisning er, hvor en part afviser kontrakten).

En mulig måde at opfylde disse andre mål på involverer en mere kompleks metode kendt som kvantedigital sikkerhed (QDS). Denne metode bruger sikker transmission af kvantetilstande i QKD og matematikken i informationsteorien til at generere unikke nøgler til at underskrive en kontrakt og betale.

Ultrasikker protokol

Forskernes QDS-protokol involverer tre parter: en købmand, en klient og en tredjepart (TP). Det begynder med, at købmanden forbereder to sekvenser af sammenhængende kvantetilstande, mens klienten og TP forbereder en sekvens af sammenhængende tilstande hver. Købmanden og klienten sender derefter en tilstand via en sikker kvantekanal til en mellemmand, som udfører en interferensmåling og deler resultatet med dem. Den samme proces finder sted mellem købmanden og TP. Disse parallelle processer gør det muligt for forhandleren at generere to nøgler, som de bruger til at skabe en signatur til kontrakten via engangs-universal hashing.

Når dette sker, sender forretningen kontrakten og underskriften til kunden. Hvis kunden er enig i kontrakten, bruger de deres kvantetilstand til at generere en nøgle på samme måde som forretningen og sende denne nøgle til TP. På samme måde genererer TP en nøgle fra deres kvantetilstand efter at have modtaget kontrakten og underskriften. Både klienten og TP'en kan verificere signaturen ved at beregne hash-funktionen og sammenligne deres resultat med signaturen. Betaling kan ske fra klienten til TP, hvis begge bekræfter signaturen. Hvis en af ​​dem ikke kan bekræfte signaturen, afbrydes kontrakten automatisk.

Quantum forhandler

Forskerne verificerede eksperimentelt denne protokol ved hjælp af optiske fibre som kvantekanaler og en pulseret laser moduleret i både fase og intensitet for at producere kvantetilstande til nøglegenerering. For at eliminere behovet for perfekte enheder karakteriserede de kildefejlene i dette system og kombinerede nøglegenereringsprocessen med en metode kaldet firefaset måleenhedsuafhængig QKD. Denne metode bruger fasen af ​​de optiske impulser ved den mellemliggende interferensmåling til at opnå en sikker nøgle, selvom den mellemmand, der udfører målingen, ikke kan stole på.

For at teste systemets funktionalitet brugte teamet det til at signere en fil indeholdende 428 kB data, hvilket er omtrent på størrelse med en Amazon Web Services-kundeaftale. De var i stand til at udføre denne signatur 0.82 gange i sekundet, og systemet fungerede selv med den tilsvarende 100 km afstand mellem klienten og købmanden.

Medarbejder Hua-Lei Yin, en kvantekommunikationsekspert hos Renmin, siger, at arbejdet viser, at det er muligt at bruge ikke-afvisningsfunktioner til at udføre e-handel lige så effektivt og praktisk som privat kommunikation. Det næste skridt vil være at demonstrere teknikken i praktiske scenarier ved hjælp af rigtige storbykvantenetværk. "Vi håber at samarbejde med flere forskergrupper for at videreudvikle kvanteteknologi (inklusive højpræcisions faselåsning og fasesporingsteknikker) for at forbedre de tilsvarende hastigheder og transmissionsafstande", fortæller han Fysik verden.

Qin Wang, en IT- og netværksekspert ved Nanjing University of Posts and Telecommunications, som ikke var involveret i forskningen, siger, at kvante-e-handelsordningen baseret på QDS tilbyder forbedret sikkerhed og praktiske forhold sammenlignet med tilsvarende klassiske ordninger. Holdets største præstation, siger hun, er at udvide QDS til et nyttigt scenarie inden for e-handel og derved demonstrere dets potentielle anvendelser i dagligdagen. Hun er dog kritisk over for den optiske opsætning af Sagnac-typen, der blev brugt i den eksperimentelle demonstration, som hun siger kunne være sårbar over for hacks af typen "trojanske heste".

Forskningen er offentliggjort i Science Forskud.

Tidsstempel:

Mere fra Fysik verden