基于现有设备研发的新型量子加密系统,速度是当前技术的5至10倍

当并行运行多个该系统时,其运行速度与目前的网速相当。

近日,量子计算机领域开始急速发展,而量子计算机很可能成为黑客破解最复杂的网络安全密钥的工具,而当这些代码被破坏之时,所有的在线数据传输(医疗记录到银行交易)都有可能受到攻击。

针对这一问题,量子密钥分配一直是科学家们研究的重点。最近,在这一方面的研究上,美国多家大学的科学家团队获得了质的进展。

量子计算机威胁将至

但量子加密通信现状堪忧

对量子计算机应用开始之初会出现的问题,俄亥俄州立大学物理学教授Daniel Gauthier解释道:“我们现在可能会有一台运行良好的量子计算机,它能够在不久的将来解开现有的复杂密码。我们现在真的需要认真思考,怎样利用各种技术来保护我们的互联网信息。”

为了避免这一潜在的巨大威胁,研究人员在研制量子计算机的同时,也同时在利用量子的属性,以在量子计算机上创建量子数据加密。

量子密钥分配(QKD)是从1984年提出的,但是现在才开始有应用出现,如欧洲科技公司现在销售的基于激光的QKD系统;我国用卫星成功得向两个相距1200公里的陆基电台发送量子密钥。

对于这些应用,杜克大学物理系研究生Nurul Taimur Islam评价道:“这些系统普遍存在的问题是,他们只能以相对较低的速率传输密钥,在几十到几百千比特/秒之间,对于大多数实际应用,尤其是上网,这一速度太慢。”

高速新型加密系统

近日,杜克大学、俄亥俄州立大学和橡树岭国家实验室的科学家团队宣布开发了一个新的系统,该系统使得量子加密技术更接近于大规模的使用。

对此,研究人员解释道:“对于常见的攻击,该技术保护下的系统是安全的,即使面对可能导致泄漏的设备缺陷,这项技术也是有效的。”

实验中,研究人员通过调整释放光子的时间和光子的相位属性,实现了在每个光子上编码两位信息;随后,他们将这一技术和一款高速探测器配合使用,使其系统的密钥传输速度比其他方法快5到10倍。其中,这款高速探测器是由电气和计算机工程专业的研究生Clinton Cahall和Duke的电气和计算机工程教授Jungsang Kim开发的。

关于高速探测器这一设备,Gauthier表示:“我们采用的这个设备,它可以改变光子的某些附加属性,使我们能够获得几乎翻倍的安全关键速率。”

现有设备缺陷已被考虑在内

虽然理论上QKD是完全安全的,但是现实中,因为所有设备都是不完善的,所以这会使黑客利用设备的漏洞进行攻击。

为了让这一系统在大部分设备上都是安全的,研究人员仔细分析了他们使用的每件设备的局限性,然后,他们与新加坡国立大学的电气和计算机工程教授Charles Lim合作,将这些实验性缺陷纳入理论中。

对此,Islam表示:“我们希望找出系统中的每个缺陷,并将这些缺陷放入系统的研究中,以确保我们的系统在大部分设备上运行都是安全的。”

关于如何利用现有的硬件来实现QKD加密传输?

他们表示:虽然发射机有些构造十分特殊,但所有组件目前都可以在市场上买到,并且用光子编码的加密密钥可以通过现有光纤线路发送。所以将发射机和接收机集成到当前的互联网基础设施中并不是什么难事。

对此,Islam也进一步表示:“除了单光子探测器之外,其他所有需要的设备都是存在的,而且在工程设计中,我们可能将整个发射器和接收器都安装在与计算机CPU一样大的盒子中。”

总结

据了解,他们的系统能够以兆比特每秒的速率创建和分发加密码,这比现有方法快五到十倍,并且当并行运行多个系统时,其运行速度与目前的网速相当。

原文发布于微信公众号 - 镁客网(im2maker)

原文发表时间:2017-12-02

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