Российские специалисты разработали защиту квантовой связи от перехвата ключей шифрования

Специалисты «СФБ Лаб» и Центра квантовых технологий МГУ имени М.В. Ломоносова разработали способ защиты квантовой связи от перехвата ключей шифрования (атаки ослепления детекторов). Об этом SecPost сообщили в инженерно-квантовой лаборатории «СФБ Лаб», входящей в ГК «ИнфоТеКС». Метод позволяет обнаружить воздействие на приемное оборудование и сформировать безопасный ключ с учетом возможной утечки. Разработка предназначена для производителей и операторов квантовых линий, которые могут использоваться для защиты особо важных каналов связи.

Квантовая система формирует одинаковый секретный ключ у отправителя и получателя. Затем этот ключ используют для шифрования сообщений, которые передаются по обычной сети. Если злоумышленник узнает ключ и перехватит сообщения, он сможет попытаться их расшифровать.

Для создания ключа отправитель посылает получателю по оптическому каналу очень слабые световые импульсы. Детекторы приемника регистрируют их и преобразуют в значения, из которых формируется ключ. Попытка перехватить передаваемые фотоны изменяет их состояние, поэтому система может заметить вмешательство.

Однако злоумышленник способен атаковать само приемное оборудование. Во время атаки ослепления он воздействует светом на детекторы — чувствительные элементы, регистрирующие фотоны. Детекторы перестают работать в обычном режиме, после чего атакующий пытается управлять их срабатываниями с помощью специально подобранных световых импульсов. Так он может получить информацию о ключе, не вызывая обычных признаков перехвата.

Большинство существующих средств защиты позволяют обнаружить атаку, но после этого весь сформированный за сеанс ключ приходится отбрасывать и запускать процедуру заново. Это снижает скорость получения новых ключей, а повторные атаки могут постоянно срывать их выработку. Новый метод позволяет сохранить часть результата даже после обнаружения вмешательства. Для этого специалисты «СФБ Лаб» и МГУ предложили в случайные моменты незначительно изменять чувствительность детекторов.

Чтобы управлять детектором, злоумышленнику нужно точно подобрать мощность светового импульса. При случайном изменении чувствительности заранее определить нужную мощность становится невозможно. Неподходящие импульсы вызывают сбои, по количеству которых система обнаруживает атаку.

После этого по статистике сбоев система оценивает, сколько битов мог узнать злоумышленник, и убирает только их. Первоначальный ключ математически преобразуется и сокращается. В результате стороны получают более короткий безопасный ключ. Даже если атакующий узнал часть первоначальных значений, их уже недостаточно, чтобы восстановить итоговый ключ и расшифровать защищенные им сообщения. Если возможная утечка окажется слишком большой, сформировать безопасный ключ не удастся.

Работоспособность метода проверили на серийном фотонном детекторе. По данным разработчиков, он подходит для разных типов коммерчески доступных детекторов и не требует установки дополнительных элементов в оптическую схему приемника. Предусмотрены варианты для систем с одним и двумя детекторами.

Способ защищен патентом РФ № RU 2 856 208 C1. Исследование принято к публикации в научном журнале Physical Review Applied.