基于現(xiàn)有設(shè)備研發(fā)的新型量子加密系統(tǒng),速度是當前技術(shù)的5至10倍

Lynn 8年前 (2017-11-29)

當并行運行多個該系統(tǒng)時,其運行速度與目前的網(wǎng)速相當。

近日,量子計算機領(lǐng)域開始急速發(fā)展,而量子計算機很可能成為黑客破解最復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)安全密鑰的工具,而當這些代碼被破壞之時,所有的在線數(shù)據(jù)傳輸(醫(yī)療記錄到銀行交易)都有可能受到攻擊。

針對這一問題,量子密鑰分配一直是科學(xué)家們研究的重點。最近,在這一方面的研究上,美國多家大學(xué)的科學(xué)家團隊獲得了質(zhì)的進展。

基于現(xiàn)有設(shè)備研發(fā)的新型量子加密系統(tǒng),速度是當前技術(shù)的5至10倍

量子計算機威脅將至,但量子加密通信現(xiàn)狀堪憂

對量子計算機應(yīng)用開始之初會出現(xiàn)的問題,俄亥俄州立大學(xué)物理學(xué)教授Daniel Gauthier解釋道:“我們現(xiàn)在可能會有一臺運行良好的量子計算機,它能夠在不久的將來解開現(xiàn)有的復(fù)雜密碼。我們現(xiàn)在真的需要認真思考,怎樣利用各種技術(shù)來保護我們的互聯(lián)網(wǎng)信息。”

為了避免這一潛在的巨大威脅,研究人員在研制量子計算機的同時,也同時在利用量子的屬性,以在量子計算機上創(chuàng)建量子數(shù)據(jù)加密。

量子密鑰分配(QKD)是從1984年提出的,但是現(xiàn)在才開始有應(yīng)用出現(xiàn),如歐洲科技公司現(xiàn)在銷售的基于激光的QKD系統(tǒng);我國用衛(wèi)星成功得向兩個相距1200公里的陸基電臺發(fā)送量子密鑰。

基于現(xiàn)有設(shè)備研發(fā)的新型量子加密系統(tǒng),速度是當前技術(shù)的5至10倍

對于這些應(yīng)用,杜克大學(xué)物理系研究生Nurul Taimur Islam評價道:“這些系統(tǒng)普遍存在的問題是,他們只能以相對較低的速率傳輸密鑰,在幾十到幾百千比特/秒之間,對于大多數(shù)實際應(yīng)用,尤其是上網(wǎng),這一速度太慢。”

高速新型加密系統(tǒng)

近日,杜克大學(xué)、俄亥俄州立大學(xué)和橡樹嶺國家實驗室的科學(xué)家團隊宣布開發(fā)了一個新的系統(tǒng),該系統(tǒng)使得量子加密技術(shù)更接近于大規(guī)模的使用。

對此,研究人員解釋道:“對于常見的攻擊,該技術(shù)保護下的系統(tǒng)是安全的,即使面對可能導(dǎo)致泄漏的設(shè)備缺陷,這項技術(shù)也是有效的。”

實驗中,研究人員通過調(diào)整釋放光子的時間和光子的相位屬性,實現(xiàn)了在每個光子上編碼兩位信息;隨后,他們將這一技術(shù)和一款高速探測器配合使用,使其系統(tǒng)的密鑰傳輸速度比其他方法快5到10倍。其中,這款高速探測器是由電氣和計算機工程專業(yè)的研究生Clinton Cahall和Duke的電氣和計算機工程教授Jungsang Kim開發(fā)的。

關(guān)于高速探測器這一設(shè)備,Gauthier表示:“我們采用的這個設(shè)備,它可以改變光子的某些附加屬性,使我們能夠獲得幾乎翻倍的安全關(guān)鍵速率。”

基于現(xiàn)有設(shè)備研發(fā)的新型量子加密系統(tǒng),速度是當前技術(shù)的5至10倍

現(xiàn)有設(shè)備缺陷已被考慮在內(nèi)

雖然理論上QKD是完全安全的,但是現(xiàn)實中,因為所有設(shè)備都是不完善的,所以這會使黑客利用設(shè)備的漏洞進行攻擊。

為了讓這一系統(tǒng)在大部分設(shè)備上都是安全的,研究人員仔細分析了他們使用的每件設(shè)備的局限性,然后,他們與新加坡國立大學(xué)的電氣和計算機工程教授Charles Lim合作,將這些實驗性缺陷納入理論中。

對此,Islam表示:“我們希望找出系統(tǒng)中的每個缺陷,并將這些缺陷放入系統(tǒng)的研究中,以確保我們的系統(tǒng)在大部分設(shè)備上運行都是安全的。”

基于現(xiàn)有設(shè)備研發(fā)的新型量子加密系統(tǒng),速度是當前技術(shù)的5至10倍

關(guān)于如何利用現(xiàn)有的硬件來實現(xiàn)QKD加密傳輸?

他們表示:雖然發(fā)射機有些構(gòu)造十分特殊,但所有組件目前都可以在市場上買到,并且用光子編碼的加密密鑰可以通過現(xiàn)有光纖線路發(fā)送。所以將發(fā)射機和接收機集成到當前的互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施中并不是什么難事。

對此,Islam也進一步表示:“除了單光子探測器之外,其他所有需要的設(shè)備都是存在的,而且在工程設(shè)計中,我們可能將整個發(fā)射器和接收器都安裝在與計算機CPU一樣大的盒子中。”

總結(jié)

據(jù)了解,他們的系統(tǒng)能夠以兆比特每秒的速率創(chuàng)建和分發(fā)加密碼,這比現(xiàn)有方法快五到十倍,并且當并行運行多個系統(tǒng)時,其運行速度與目前的網(wǎng)速相當。

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