Mua sắm trực tuyến an toàn lượng tử tiến một bước gần hơn – Thế giới Vật lý

Mua sắm trực tuyến an toàn lượng tử tiến một bước gần hơn – Thế giới Vật lý

Dấu thời gian: ngày 23 tháng 2024 năm 9 00:XNUMX sáng

Một người cầm thẻ tín dụng bằng một tay và chạm vào màn hình ở tay kia
(Ảnh: iStock/Jay-Yuno)

Mua sắm trực tuyến bùng nổ trong thời kỳ đại dịch, nhưng vẫn dễ bị lừa đảo liên quan đến cả người mua và người bán. Về nguyên tắc, truyền thông lượng tử có thể thêm một lớp bảo mật khác, nhưng việc xác minh giao dịch một cách an toàn, thay vì chỉ truyền đạt nó, đòi hỏi một “chữ ký” bao gồm hàng nghìn bit lượng tử (qubit) cho một bit tin nhắn.

Đối với các hệ lượng tử ồn ào, không hoàn hảo ngày nay, đó là một ngưỡng rất cao, nhưng các nhà nghiên cứu tại Đại học Nam Kinh, Đại học Nhân dân Trung Quốc và Phòng thí nghiệm Vật lý Vật chất Ngưng tụ Quốc gia Bắc Kinh đã tìm ra cách hạ thấp nó. Bằng cách sử dụng một kỹ thuật toán học gọi là băm phổ quát một lần để tạo ra các “khóa” bảo mật ngắn hơn, các nhà nghiên cứu đã giảm đáng kể số lượng qubit cần thiết để xác minh một giao dịch thương mại điện tử. Họ cũng xem xét các sai sót nguồn thực tế khác nhau dựa trên sơ đồ độc lập với các thiết bị đo lường được sử dụng, do đó tránh được nhu cầu về tín hiệu hoàn hảo để phân phối thông tin.

Từ QKD đến QDS

Giao tiếp lượng tử dựa trên nguyên tắc rằng bất kỳ ai cố gắng chặn một tin nhắn được mã hóa ở trạng thái lượng tử chắc chắn sẽ can thiệp vào các trạng thái này theo cách dễ dàng bị phát hiện. Nguyên tắc này đã được sử dụng trong phân phối khóa lượng tử (QKD), nhưng bản thân QKD không thể đảm bảo an ninh thương mại điện tử vì nó chỉ cung cấp một kênh liên lạc an toàn. Nó không thực thi các mục tiêu thương mại điện tử quan trọng khác như tính toàn vẹn, tính xác thực hoặc tính không chối bỏ (từ chối là khi một bên từ chối hợp đồng).

Một cách khả thi để hoàn thành các mục tiêu khác này liên quan đến một phương pháp phức tạp hơn được gọi là bảo mật kỹ thuật số lượng tử (QDS). Phương pháp này sử dụng việc truyền tải an toàn các trạng thái lượng tử trong QKD và toán học của lý thuyết thông tin để tạo ra các khóa duy nhất để ký hợp đồng và thanh toán.

Giao thức cực kỳ an toàn

Giao thức QDS của các nhà nghiên cứu bao gồm ba bên: người bán, khách hàng và bên thứ ba (TP). Nó bắt đầu với việc người bán chuẩn bị hai chuỗi trạng thái lượng tử kết hợp, trong khi khách hàng và TP chuẩn bị mỗi chuỗi trạng thái lượng tử kết hợp. Sau đó, người bán và khách hàng sẽ gửi trạng thái qua kênh lượng tử an toàn đến một người trung gian, người thực hiện phép đo nhiễu và chia sẻ kết quả với họ. Quá trình tương tự xảy ra giữa người bán và TP. Các quy trình song song này cho phép người bán tạo hai khóa mà họ sử dụng để tạo chữ ký cho hợp đồng thông qua hàm băm phổ quát một lần.

Khi điều này xảy ra, người bán sẽ gửi hợp đồng và chữ ký cho khách hàng. Nếu khách hàng đồng ý với hợp đồng, họ sẽ sử dụng trạng thái lượng tử của mình để tạo khóa theo cách tương tự như người bán và gửi khóa này đến TP. Tương tự, TP tạo khóa từ trạng thái lượng tử của họ sau khi nhận được hợp đồng và chữ ký. Cả khách hàng và TP đều có thể xác minh chữ ký bằng cách tính hàm băm và so sánh kết quả của chúng với chữ ký. Thanh toán có thể được thực hiện từ khách hàng đến TP nếu cả hai đều xác minh chữ ký. Nếu một trong hai người không thể xác minh chữ ký, hợp đồng sẽ tự động bị hủy bỏ.

Nhà bán lẻ lượng tử

Các nhà nghiên cứu đã xác minh bằng thực nghiệm giao thức này bằng cách sử dụng sợi quang làm kênh lượng tử và xung laser được điều chế theo cả pha và cường độ để tạo ra trạng thái lượng tử cho việc tạo khóa. Để loại bỏ nhu cầu về các thiết bị hoàn hảo, họ đã mô tả các lỗi nguồn của hệ thống này và kết hợp quy trình tạo khóa với một phương pháp gọi là QKD độc lập với thiết bị đo bốn pha. Phương pháp này sử dụng pha của các xung quang trong phép đo nhiễu trung gian để lấy khóa bảo mật ngay cả khi không thể tin cậy được trung gian thực hiện phép đo.

Để kiểm tra chức năng của hệ thống, nhóm đã sử dụng nó để ký một tệp chứa 428 kB dữ liệu, xấp xỉ kích thước của một thỏa thuận khách hàng của Amazon Web Services. Họ có thể thực hiện chữ ký này 0.82 lần mỗi giây và hệ thống hoạt động ngay cả với khoảng cách tương đương 100 km giữa khách hàng và người bán.

Thành viên của đội Hoa Lôi Âm, một chuyên gia truyền thông lượng tử tại Renmin, cho biết công trình này cho thấy có thể sử dụng các tính năng chống chối bỏ để thực hiện thương mại điện tử một cách hiệu quả và thiết thực như liên lạc riêng tư. Bước tiếp theo sẽ là trình diễn kỹ thuật này trong các tình huống thực tế sử dụng mạng lượng tử đô thị thực. Ông nói: “Chúng tôi hy vọng có thể hợp tác với nhiều nhóm nghiên cứu hơn để phát triển hơn nữa công nghệ lượng tử (bao gồm kỹ thuật khóa pha và theo dõi pha có độ chính xác cao) để cải thiện tốc độ và khoảng cách truyền tương ứng”. Thế giới vật lý.

Tần Vương, một chuyên gia về CNTT và mạng tại Đại học Bưu chính Viễn thông Nam Kinh, người không tham gia vào nghiên cứu, cho biết chương trình thương mại điện tử lượng tử dựa trên QDS mang lại tính bảo mật và tính thực tế được nâng cao so với các chương trình cổ điển tương ứng. Cô nói, thành tựu lớn nhất của nhóm là mở rộng QDS thành một kịch bản hữu ích trong thương mại điện tử, qua đó chứng minh các ứng dụng tiềm năng của nó trong cuộc sống hàng ngày. Tuy nhiên, cô ấy chỉ trích thiết lập quang học kiểu Sagnac được sử dụng trong cuộc trình diễn thử nghiệm, mà cô ấy nói rằng có thể dễ bị tấn công kiểu “ngựa Trojan”.

Nghiên cứu được xuất bản trong Những tiến bộ khoa học.

Dấu thời gian:

Thêm từ Thế giới vật lý