Анализ физических принципов квантового распределения ключа основных способов кодирования информации

Оценку современному состоянию решаемой задачи можно дать следующим образом. Алгоритмы шифрования, которые активно применяются в нынешнее время, можно взломать, но их защищенность обусловлена тем, что взлом займет столько много времени, что в этом не будет смысла. Если пользоваться 128-разрядным кодом AES, количество возможных 128-разрядных ключей равно 2128, или 3,4*1038. Если об особенностях ключа никакой информации нет, то попытка взлома кода потребует проверки каждого возможного ключа до нахождения работоспособного. Если располагать достаточной вычислительной мощностью, чтобы проверять по 1 трлн. ключей в секунду, то на перебор всех возможных ключей уйдет 10,79*1018 лет. Это примерно в 785 млн. раз больше, чем возраст видимой части Вселенной (составляющий 13,75 млрд. лет).
При использовании квантовой технологии, обладающей той же пропускной способностью, на подбор 128-разрядного ключа ушло бы около шести месяцев. Квантовый компьютер мог бы взломать код, зашифрованный по алгоритму RSA или основанный на эллиптических кривых, практически мгновенно.
В настоящее время в целях шифрования используют две принципиально различные криптосистемы. Первая – симметричная, система шифрования с закрытым ключом, и вторая – ассиметричная, система шифрования с открытым ключом. Принцип работы симметричных систем заключается в том, что для шифрования и расшифрования используется один и тот же ключ, который необходимо передавать по защищенному каналу и хранить в секрете. В случае ассиметричных систем – используется два ключа. Ключ, использующийся для шифрования, считается открытым - его можно передавать по открытому каналу и им может пользоваться кто угодно. Второй ключ, использующийся для расшифрования, считается закрытым, он не передается получателю и им может пользоваться только отправитель. Обычно симметричные алгоритмы используют для отправки самой информации, в то время как, ассиметричные – для передачи информации и ключей.
Существует множество симметричных алгоритмов, но...

В результате проделанной работы был проведен анализ физических принципов квантового распределения ключа. Были рассмотрены основные принципы и понятия физики квантовой информации и подробно исследован ряд протоколов квантового распределения ключа, включая получение сырого ключа, исправление ошибок и усиление секретности.
Касаемо защиты с помощью перепутанных состояний были исследованы такие методы как очищение перепутывания, локальная фильтрация и усиление квантовой секретности.
Также, была рассмотрена экспериментальная реализация квантовых систем. Были рассмотрены системы, кодированные по поляризации, системы, кодированные по фазе, системы с временным кодированием и системы, основанные на перепутывании.
В настоящее время эксперименты по квантовой криптографии активно продолжаются в лабораториях, но и не ограничиваются ими. Существует несколько коммерческих компаний, которые успешно занимаются разработкой квантовых систем и в настоящее время известно несколько сетей, защищенных на квантовом уровне. Квантовое распространение ключа может осуществляться двумя способами: при помощи оптического волокна и через открытое пространство. У обоих способов есть свои особенности – при передаче ключа через оптоволокно из-за двулучепреломления возникают флуктуации и топологические эффекты, а в открытом пространстве из-за турбулентности атмосферы возникает сильный шум.
Кроме того, в настоящее время дальность распространения квантового ключа достигает максимум 250 км. И теоретический предел – 400 км. Для преодоления этого предела и выведения квантовой криптографии на новые масштабы требуется разработка квантовых повторителей. Поэтому в настоящей работе также были рассмотрены принципы построения квантовых повторителей.