การช็อปปิ้งออนไลน์ที่ปลอดภัยด้วยควอนตัมใกล้เข้ามาอีกก้าวแล้ว - Physics World

การช็อปปิ้งออนไลน์ที่ปลอดภัยด้วยควอนตัมใกล้เข้ามาอีกก้าวแล้ว - Physics World

ประทับเวลา: 23 มกราคม 2024 9:00 น

คนถือบัตรเครดิตในมือข้างหนึ่งและอีกข้างแตะหน้าจอ
(เอื้อเฟื้อโดย: iStock/Jay-Yuno)

การช็อปปิ้งออนไลน์เฟื่องฟูในช่วงที่เกิดโรคระบาด แต่ก็ยังเสี่ยงต่อการถูกหลอกลวงทั้งผู้ซื้อและผู้ขาย โดยหลักการแล้ว การสื่อสารควอนตัมสามารถเพิ่มการรักษาความปลอดภัยอีกชั้นหนึ่งได้ แต่การตรวจสอบธุรกรรมอย่างปลอดภัย แทนที่จะเพียงการสื่อสารนั้น จำเป็นต้องมี "ลายเซ็น" ที่ประกอบด้วยควอนตัมบิต (qubits) หลายพันบิตสำหรับข้อความบิตเดียว

สำหรับระบบควอนตัมที่อึกทึกและไม่สมบูรณ์ในปัจจุบันนั้นถือเป็นมาตรฐานที่สูงมาก แต่นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยหนานจิงของจีน มหาวิทยาลัยเหรินหมิน และห้องปฏิบัติการฟิสิกส์สสารควบแน่นแห่งชาติปักกิ่ง พบวิธีที่จะลดระดับดังกล่าวลงได้ ด้วยการใช้เทคนิคทางคณิตศาสตร์ที่เรียกว่า one-time universal hashing ที่สร้าง "คีย์" ที่ปลอดภัยที่สั้นกว่า นักวิจัยจึงลดจำนวน qubits ที่จำเป็นในการตรวจสอบธุรกรรมอีคอมเมิร์ซลงได้อย่างมาก พวกเขายังพิจารณาถึงข้อบกพร่องของแหล่งที่มาที่สมจริงที่แตกต่างกันโดยอิงตามรูปแบบที่ไม่ขึ้นอยู่กับอุปกรณ์การวัดที่ใช้ ดังนั้นจึงหลีกเลี่ยงความจำเป็นในการใช้สัญญาณที่สมบูรณ์แบบเพื่อกระจายข้อมูล

จาก QKD สู่ QDS

การสื่อสารควอนตัมตั้งอยู่บนหลักการที่ว่าใครก็ตามที่พยายามสกัดกั้นข้อความที่เข้ารหัสในสถานะควอนตัมจะเข้าไปยุ่งเกี่ยวกับสถานะเหล่านี้อย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ในลักษณะที่ตรวจพบได้ง่าย หลักการนี้ถูกนำมาใช้แล้วในการกระจายคีย์ควอนตัม (QKD) แต่ด้วยตัวมันเอง QKD ไม่สามารถรับประกันความปลอดภัยของอีคอมเมิร์ซได้ เนื่องจากเป็นเพียงช่องทางการสื่อสารที่ปลอดภัยเท่านั้น ไม่ได้บังคับใช้วัตถุประสงค์อีคอมเมิร์ซที่สำคัญอื่นๆ เช่น ความสมบูรณ์ ความถูกต้อง หรือการไม่ปฏิเสธ (การปฏิเสธคือกรณีที่ฝ่ายหนึ่งฝ่ายใดปฏิเสธสัญญา)

วิธีหนึ่งที่เป็นไปได้ในการบรรลุวัตถุประสงค์อื่นๆ เหล่านี้เกี่ยวข้องกับวิธีการที่ซับซ้อนกว่าที่เรียกว่าความปลอดภัยทางดิจิทัลควอนตัม (QDS) วิธีการนี้ใช้การส่งผ่านสถานะควอนตัมอย่างปลอดภัยใน QKD และคณิตศาสตร์ของทฤษฎีข้อมูลเพื่อสร้างคีย์เฉพาะสำหรับการลงนามในสัญญาและการชำระเงิน

โปรโตคอลที่ปลอดภัยเป็นพิเศษ

โปรโตคอล QDS ของนักวิจัยเกี่ยวข้องกับสามฝ่าย: ผู้ค้า ลูกค้า และบุคคลที่สาม (TP) โดยเริ่มต้นด้วยการที่ผู้ค้าเตรียมลำดับสถานะควอนตัมที่สอดคล้องกันสองลำดับ ในขณะที่ลูกค้าและ TP เตรียมลำดับสถานะที่สอดคล้องกันอย่างละหนึ่งลำดับ จากนั้นผู้ค้าและลูกค้าจะส่งสถานะผ่านช่องทางควอนตัมที่ปลอดภัยไปยังตัวกลาง ซึ่งจะทำการวัดผลการรบกวนและแบ่งปันผลลัพธ์กับพวกเขา กระบวนการเดียวกันนี้เกิดขึ้นระหว่างผู้ค้ากับ TP กระบวนการแบบขนานเหล่านี้ช่วยให้ผู้ค้าสามารถสร้างคีย์สองคีย์ที่พวกเขาใช้เพื่อสร้างลายเซ็นสำหรับสัญญาผ่านการแฮชสากลเพียงครั้งเดียว

เมื่อเกิดเหตุการณ์นี้ขึ้น ผู้ค้าจะส่งสัญญาและลายเซ็นไปให้ลูกค้า หากลูกค้าเห็นด้วยกับสัญญา พวกเขาจะใช้สถานะควอนตัมเพื่อสร้างคีย์ในลักษณะเดียวกันกับผู้ค้า และส่งคีย์นี้ไปยัง TP ในทำนองเดียวกัน TP จะสร้างคีย์จากสถานะควอนตัมหลังจากได้รับสัญญาและลายเซ็น ทั้งไคลเอนต์และ TP สามารถตรวจสอบลายเซ็นได้โดยการคำนวณฟังก์ชันแฮชและเปรียบเทียบผลลัพธ์กับลายเซ็น ลูกค้าสามารถชำระเงินให้กับ TP ได้หากทั้งสองคนตรวจสอบลายเซ็น หากฝ่ายใดฝ่ายหนึ่งไม่สามารถตรวจสอบลายเซ็นได้ สัญญาจะถูกยกเลิกโดยอัตโนมัติ

ผู้ค้าปลีกควอนตัม

นักวิจัยได้ทดลองตรวจสอบโปรโตคอลนี้โดยใช้เส้นใยนำแสงเป็นช่องควอนตัมและเลเซอร์แบบพัลส์ที่มอดูเลตทั้งเฟสและความเข้มเพื่อสร้างสถานะควอนตัมสำหรับการสร้างคีย์ เพื่อขจัดความจำเป็นในการใช้อุปกรณ์ที่สมบูรณ์แบบ พวกเขาจึงกำหนดลักษณะข้อบกพร่องที่แหล่งที่มาของระบบนี้ และรวมกระบวนการสร้างคีย์เข้ากับวิธีการที่เรียกว่าอุปกรณ์การวัดสี่เฟส ซึ่งเป็น QKD อิสระ วิธีการนี้ใช้เฟสของพัลส์แสงที่การวัดสัญญาณรบกวนระดับกลางเพื่อให้ได้คีย์ที่ปลอดภัย แม้ว่าตัวกลางที่ทำการวัดจะไม่สามารถเชื่อถือได้ก็ตาม

เพื่อทดสอบการทำงานของระบบ ทีมงานได้ใช้มันเพื่อลงนามไฟล์ที่มีข้อมูลขนาด 428 kB ซึ่งมีขนาดประมาณขนาดข้อตกลงลูกค้าของ Amazon Web Services พวกเขาสามารถดำเนินการลายเซ็นนี้ได้ 0.82 ครั้งต่อวินาที และระบบทำงานได้แม้จะเป็นระยะทาง 100 กม. ระหว่างลูกค้าและผู้ขายก็ตาม

สมาชิกในทีม ฮวาเล่ยอินผู้เชี่ยวชาญด้านการสื่อสารควอนตัมที่ Renmin กล่าวว่าผลงานแสดงให้เห็นว่าเป็นไปได้ที่จะใช้คุณสมบัติที่ไม่ปฏิเสธเพื่อดำเนินการอีคอมเมิร์ซอย่างมีประสิทธิภาพและใช้งานได้จริงเหมือนกับการสื่อสารส่วนตัว ขั้นตอนต่อไปคือการสาธิตเทคนิคในสถานการณ์จริงโดยใช้เครือข่ายควอนตัมในนครหลวงจริง “เราหวังว่าจะร่วมมือกับกลุ่มวิจัยเพิ่มเติมเพื่อพัฒนาเทคโนโลยีควอนตัมเพิ่มเติม (รวมถึงการล็อคเฟสที่มีความแม่นยำสูงและเทคนิคการติดตามเฟส) เพื่อปรับปรุงอัตราและระยะการส่งสัญญาณที่สอดคล้องกัน” เขากล่าว โลกฟิสิกส์.

ฉินหวาง, ผู้เชี่ยวชาญด้านไอทีและเครือข่ายจากมหาวิทยาลัยไปรษณีย์และโทรคมนาคมนานกิง ซึ่งไม่เกี่ยวข้องกับการวิจัยนี้ กล่าวว่าโครงการอีคอมเมิร์ซควอนตัมที่ใช้ QDS มอบความปลอดภัยและการปฏิบัติจริงที่ดียิ่งขึ้น เมื่อเทียบกับแผนแบบดั้งเดิมที่สอดคล้องกัน เธอกล่าวว่าความสำเร็จที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของทีมคือการขยาย QDS ไปสู่สถานการณ์ที่เป็นประโยชน์ภายในอีคอมเมิร์ซ ซึ่งแสดงให้เห็นถึงศักยภาพในการนำไปประยุกต์ใช้ในชีวิตประจำวัน อย่างไรก็ตาม เธอมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการตั้งค่าออปติคัลประเภท Sagnac ที่ใช้ในการสาธิตการทดลอง ซึ่งเธอกล่าวว่าอาจเสี่ยงต่อการถูกแฮ็กประเภท "ม้าโทรจัน"

การวิจัยถูกตีพิมพ์ลงที่ วิทยาศาสตร์ก้าวหน้า.

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก โลกฟิสิกส์