Kvantno varno spletno nakupovanje je korak bližje – Physics World

Kvantno varno spletno nakupovanje je korak bližje – Physics World

Časovni žig: 23. januar 2024 9

Oseba, ki v eni roki drži kreditno kartico, v drugi pa tapka po zaslonu
(Z dovoljenjem: iStock/Jay-Yuno)

Spletno nakupovanje se je med pandemijo močno razmahnilo, vendar je še vedno ranljivo za prevare, v katere so vpleteni tako kupci kot prodajalci. Kvantna komunikacija bi načeloma lahko dodala še eno raven varnosti, vendar varno preverjanje transakcije, namesto da bi jo preprosto posredovali, zahteva "podpis", sestavljen iz tisočev kvantnih bitov (kubitov) za en sam bit sporočila.

Za današnje hrupne, nepopolne kvantne sisteme je to zelo visoka meja, vendar so raziskovalci na kitajski univerzi Nanjing, univerzi Renmin in pekinškem nacionalnem laboratoriju za fiziko kondenzirane snovi našli način, kako jo znižati. Z uporabo matematične tehnike, imenovane enkratno univerzalno zgoščevanje, ki generira krajše varne "ključe", so raziskovalci bistveno zmanjšali število kubitov, potrebnih za preverjanje transakcije e-trgovine. Upoštevali so tudi različne realistične izvorne napake na podlagi sheme, ki je neodvisna od uporabljenih merilnih naprav, s čimer so se izognili potrebi po popolnih signalih za distribucijo informacij.

Od QKD do QDS

Kvantna komunikacija temelji na načelu, da bo vsakdo, ki poskuša prestreči sporočilo, kodirano v kvantnih stanjih, neizogibno posegel v ta stanja na način, ki ga je zlahka zaznati. To načelo se že uporablja v kvantni distribuciji ključev (QKD), vendar QKD sam po sebi ne more zagotoviti varnosti e-trgovine, ker zagotavlja le varen komunikacijski kanal. Ne uveljavlja drugih pomembnih ciljev e-trgovine, kot so celovitost, pristnost ali nezavrnitev (zavrnitev je, ko ena stranka zavrne pogodbo).

Eden od možnih načinov za izpolnitev teh drugih ciljev vključuje bolj zapleteno metodo, znano kot kvantna digitalna varnost (QDS). Ta metoda uporablja varen prenos kvantnih stanj v QKD in matematiko informacijske teorije za ustvarjanje edinstvenih ključev za podpis pogodbe in plačilo.

Izjemno varen protokol

Protokol QDS raziskovalcev vključuje tri strani: trgovca, stranko in tretjo osebo (TP). Začne se tako, da trgovec pripravi dve zaporedji koherentnih kvantnih stanj, medtem ko stranka in TP pripravita vsak po eno zaporedje koherentnih stanj. Trgovec in stranka nato prek varnega kvantnega kanala posredniku pošljeta stanje, ki izvede meritev motenj in z njima deli rezultat. Enak postopek poteka med trgovcem in TP. Ti vzporedni procesi omogočajo trgovcu, da ustvari dva ključa, ki ju uporabi za ustvarjanje podpisa za pogodbo prek enkratnega univerzalnega zgoščevanja.

Ko se to zgodi, trgovec stranki pošlje pogodbo in podpis. Če se stranka strinja s pogodbo, uporabi svoje kvantno stanje za generiranje ključa na podoben način kot trgovec in ta ključ pošlje TP. Podobno TP ustvari ključ iz svojega kvantnega stanja po prejemu pogodbe in podpisa. Tako odjemalec kot TP lahko preverita podpis z izračunom zgoščene funkcije in primerjavo svojega rezultata s podpisom. Plačilo je možno od naročnika do TP, če oba overita podpis. Če kateri od njiju ne more preveriti podpisa, se pogodba samodejno prekine.

Kvantni trgovec na drobno

Raziskovalci so eksperimentalno preverili ta protokol z uporabo optičnih vlaken kot kvantnih kanalov in impulznega laserja, moduliranega tako v fazi kot v intenzivnosti, da bi ustvarili kvantna stanja za generiranje ključev. Da bi odpravili potrebo po popolnih napravah, so opredelili izvorne pomanjkljivosti tega sistema in združili proces generiranja ključev z metodo, imenovano QKD, neodvisna od štirifazne merilne naprave. Ta metoda uporablja fazo optičnih impulzov pri meritvi vmesne motnje za pridobitev varnega ključa, tudi če posredniku, ki izvaja meritev, ni mogoče zaupati.

Da bi preizkusili funkcionalnost sistema, ga je ekipa uporabila za podpis datoteke, ki vsebuje 428 kB podatkov, kar je približno velikost pogodbe s stranko Amazon Web Services. Ta podpis so lahko izvedli 0.82-krat na sekundo, sistem pa je deloval tudi pri ekvivalentni razdalji 100 km med stranko in trgovcem.

Član ekipe Hua-Lei Yin, strokovnjak za kvantne komunikacije pri Renminu, pravi, da delo kaže, da je mogoče uporabiti funkcije nezavrnitve za izvajanje e-trgovine tako učinkovito in praktično kot zasebne komunikacije. Naslednji korak bo demonstracija tehnike v praktičnih scenarijih z uporabo resničnih metropolitanskih kvantnih omrežij. "Upamo, da bomo sodelovali z več raziskovalnimi skupinami za nadaljnji razvoj kvantne tehnologije (vključno s tehnikami visoko natančnega faznega zaklepanja in faznega sledenja), da bi izboljšali ustrezne hitrosti in razdalje prenosa," pravi. Svet fizike.

Qin Wang, strokovnjak za IT in mreženje na Univerzi za pošto in telekomunikacije Nanjing, ki ni bil vključen v raziskavo, pravi, da shema kvantnega e-trgovine, ki temelji na QDS, nudi večjo varnost in praktičnost v primerjavi z ustreznimi klasičnimi shemami. Največji dosežek ekipe je po njenih besedah ​​razširiti QDS na uporaben scenarij v e-trgovini in s tem prikazati njegove potencialne aplikacije v vsakdanjem življenju. Vendar pa je kritična do optičnih nastavitev tipa Sagnac, uporabljenih v eksperimentalni predstavitvi, za katere pravi, da bi lahko bile ranljive za vdore tipa "trojanski konj".

Raziskava je objavljena v Znanost Predplačila.

Časovni žig:

Več od Svet fizike