Умный город и безопасность

Квантовые коммуникационные сети

Компания-разработчик устройств квантовой защиты информации

Российский квантовый центр

Проблема и актуальность

В наше время все хотят уметь передавать информацию секретно, и в этом нам помогает криптография. Сейчас существует большое множество алгоритмов, позволяющих отправлять информацию конфиденциально, но почти все из них находятся под угрозой, ведь ключ к шифру можно узнать перебором, найти при помощи новых математических методов либо использовать вычислительные мощности квантовых компьютеров.

Принцип работы и теория

Единственным способом передачи информации абсолютно секретно остаётся шифр Вернама. Ключ шифрования представляет собой одноразовую случайную последовательность битов, которая совпадает по длине с сообщением.

В этом случае появляется задача передачи ключа между авторизованными участниками, таким образом, чтобы он был одинаковым у обоих сторон, но оставался секретным.
Одним из его решений является квантовое распределение ключа по протоколу BB84. При нём информация передается с помощью квантового состояния одиночных фотонов, которое очень хрупко и при измерении меняется.

Если злоумышленник, подслушивающий наш канал, захочет узнать какую-то информацию о ключе, он начнёт вносить ошибки в передачу, если их станет слишком много, нужно прекратить процесс.


Однако, даже если нам удалось успешно передать ключ, он всё ещё остаётся “сырым”. Необходимо минимизировать различия между ключами пользователей, произведя постобработку с помощью алгоритмов исправления ошибок и усиления секретности.

Цель

Нашей конечной целью является создание системы, симулирующей весь цикл работы сети реальных установок от генерации ключа до его конечного использования. Она состоит из нескольких блоков: симулятора квантовой установки, симулятора протокола BB84, системы постобработки ключа, а также шифрования и дешифрования.

Решение и результаты

Все процессы генерации ключа, его обработки и использования зависят от вероятностных характеристик оборудования и квантового канала которые учитывает наш симулятор. Таким образом, учитывая всевозможные погрешности в нашей модели, мы предоставляем исследователям и обучающимся возможность моделировать работу разных частей системы в различных условиях, и выбирать оптимальные в данном случае настройки, а также проверять математические модели.
Архитектура нашей системы является модульной и легко расширяемой, что позволяет быстро добавлять новые компоненты и дает возможность производить аналитику работы различных протоколов.

Визуализация процесса работы над проектом и результатов проекта

Планы развития проекта
Новые устройства
Реализация оптических схем на основе дополнительных симулируемых устройств, например интерферометрических
Новые протоколы
Программная реализация протоколов квантового распределения ключа, таких как B92, BB84 (decoy state)
Новые алгоритмы
Произведение постобработки более эффективными средствами, увеличивающими секретность и исправляющими ошибки
Команда
Симаков Михаил
Бардин Петр
Панченко Алиса

Мартыненко Анна

Богданов Азат

Масликова Лиза
Преподаватели
Тайдуганов
Андрей Сергеевич

Родимин

Вадим Евгеньевич

Казиева
Татьяна Вадимовна
Бендерский
Антон Юрьевич
Фотоотчет
Направление «Умный город»

Контакты
VK: lisapan
Inst: melissa_red_fox
Tg: @Lis_red_fox

© Большие вызовы — 2021