Квантовобезопасные онлайн-покупки стали на шаг ближе – Мир физики

Квантовобезопасные онлайн-покупки стали на шаг ближе – Мир физики

Отметка времени: 23 января 2024 г., 9:00

Человек, держащий кредитную карту в одной руке и касающийся экрана другой
(Фото предоставлено: iStock/Jay-Yuno)

Интернет-шоппинг процветал во время пандемии, но он по-прежнему уязвим для мошенничества, в котором участвуют как покупатели, так и продавцы. Квантовая связь, в принципе, могла бы добавить еще один уровень безопасности, но для безопасной проверки транзакции, а не просто для ее передачи, требуется «подпись», состоящая из тысяч квантовых битов (кубитов) для одного бита сообщения.

Для сегодняшних шумных, несовершенных квантовых систем это очень высокая планка, но исследователи из китайского Нанкинского университета, Университета Жэньминь и Пекинской национальной лаборатории физики конденсированного состояния нашли способ снизить ее. Используя математический метод, называемый одноразовым универсальным хешированием, который генерирует более короткие безопасные «ключи», исследователи существенно сократили количество кубитов, необходимых для проверки транзакции электронной коммерции. Они также рассмотрели различные реалистичные источники дефектов на основе схемы, независимой от используемых измерительных устройств, тем самым избегая необходимости в идеальных сигналах для распространения информации.

От QKD к QDS

Квантовая коммуникация основана на том принципе, что любой, кто попытается перехватить сообщение, закодированное в квантовых состояниях, неизбежно вмешается в эти состояния таким образом, что его будет легко обнаружить. Этот принцип уже используется в квантовом распределении ключей (QKD), но сам по себе QKD не может гарантировать безопасность электронной коммерции, поскольку обеспечивает только безопасный канал связи. Он не обеспечивает соблюдения других важных целей электронной коммерции, таких как целостность, подлинность или невозможность отказа от договора (отказ – это отказ одной стороны от договора).

Один из возможных способов достижения этих целей включает более сложный метод, известный как квантовая цифровая безопасность (QDS). Этот метод использует безопасную передачу квантовых состояний в ККД и математику теории информации для генерации уникальных ключей для подписания контракта и оплаты.

Сверхбезопасный протокол

В протоколе QDS исследователей участвуют три стороны: продавец, клиент и третья сторона (TP). Он начинается с того, что продавец готовит две последовательности когерентных квантовых состояний, в то время как клиент и TP готовят по одной последовательности когерентных состояний каждый. Затем продавец и клиент отправляют состояние через безопасный квантовый канал посреднику, который выполняет измерение помех и делится с ними результатами. Тот же процесс происходит между продавцом и ТП. Эти параллельные процессы позволяют продавцу генерировать два ключа, которые он использует для создания подписи контракта посредством однократного универсального хеширования.

Как только это происходит, продавец отправляет контракт и подпись клиенту. Если клиент согласен с контрактом, он использует свое квантовое состояние для генерации ключа аналогично мерчанту и отправляет этот ключ ТП. Аналогично, TP генерирует ключ из своего квантового состояния после получения контракта и подписи. И клиент, и TP могут проверить подпись, вычислив хэш-функцию и сравнив свой результат с подписью. Оплата может быть произведена от клиента ТП, если оба проверят подпись. Если любой из них не может проверить подпись, контракт автоматически расторгается.

Квантовый ритейлер

Исследователи экспериментально проверили этот протокол, используя оптические волокна в качестве квантовых каналов и импульсный лазер, модулированный как по фазе, так и по интенсивности для создания квантовых состояний для генерации ключей. Чтобы устранить необходимость в совершенных устройствах, они охарактеризовали недостатки источника этой системы и объединили процесс генерации ключей с методом, называемым четырехфазным измерением, независимым от устройства QKD. Этот метод использует фазу оптических импульсов при измерении промежуточных помех для получения безопасного ключа, даже если посреднику, выполняющему измерение, нельзя доверять.

Чтобы протестировать функциональность системы, команда использовала ее для подписания файла, содержащего 428 КБ данных, что примерно соответствует размеру клиентского соглашения Amazon Web Services. Они смогли выполнить эту подпись 0.82 раза в секунду, и система работала даже на эквивалентном расстоянии 100 км между клиентом и продавцом.

Участник команды Хуа-Лэй Инь, эксперт по квантовым коммуникациям в Renmin, говорит, что работа показывает, что можно использовать функции неотказуемости для осуществления электронной коммерции так же эффективно и практично, как и частное общение. Следующим шагом будет демонстрация этой техники в практических сценариях с использованием реальных городских квантовых сетей. «Мы надеемся сотрудничать с большим количеством исследовательских групп для дальнейшего развития квантовых технологий (включая высокоточные методы фазовой синхронизации и отслеживания фазы) для улучшения соответствующих скоростей и дальностей передачи», — говорит он. Мир физики.

Цинь Ван, Эксперт по информационным технологиям и сетям из Нанкинского университета почты и телекоммуникаций, не принимавший участия в исследовании, говорит, что схема квантовой электронной коммерции, основанная на QDS, обеспечивает повышенную безопасность и практичность по сравнению с соответствующими классическими схемами. По ее словам, самым большим достижением команды является расширение QDS до полезного сценария в электронной коммерции, тем самым демонстрируя его потенциальное применение в повседневной жизни. Однако она критически относится к оптической установке типа Саньяка, использованной в экспериментальной демонстрации, которая, по ее словам, может быть уязвима для взлома типа «троянского коня».

Исследование опубликовано в Наука развивается.

Отметка времени:

Больше от Мир физики