Kinesiske forskere sender ubrydelige krypteringsnøgler hurtigere og længere end alle andre

Kinesiske forskere har vist, hvordan man i praksis kan sende krypteringsnøgler over en fiberforbindelse på 200 km med et system, der er immunt over for angreb mod detektoren, og som fungerer selv med uperfekte detektorer.

Quing Zhang fra University of Science and Technology of China i Hefei siger til Physics World, at metoden ikke er lige så smuk som den teoretisk bedste, der findes.

»Men den er bedre i praksis.«

Når to personer, der traditionelt betegnes Alice og Bob, skal kommunikere med hinanden i fortrolighed, skal de dele en hemmelig nøgle. En måde til at sende en sådan nøgle er i form af en følge af kvantepartikler som polariserede fotoner. Hvis der er en aflytter på linjen, Eva, vil både Alice og Bob på grund af kvantemekanikkens natur kunne opdage, om hun har været inde for at opsnappe den hemmelige nøgle.

De vil derfor kun bruge en kode, som de ved ikke er aflyttet.

Detektoren kan blændes

Denne form for quantum-key-distribution (QKD) er i princippet fuldstændig sikker, men som det blev vist i 2011, vil det i praktiske systemer være muligt for Eva at blænde detektoren og derved opsnappe koden.

En metode til at omgå dette problem er at bruge en kommunikationsprotokol, der fjerner detektionen hos Bob af de fotoner, som er sendt fra Alice.

Det sker ved, at Alice og Bob hver især sender fotoner til en tredjepart, Charlie, som foretager en sammenligning af egenskaberne af fotonerne sendt fra henholdsvis Alice og Bob. Charlie sender sine resultater til Alice og Bob – og det er kun disse, som er i stand til at bestemme den nøjagtige tilstand af de sendte fotoner til Charlie.

Hoi-Kwong Lo fra University of Toronto viste i 2012, at Alice og Bob på denne baggrund kan danne deres hemmelige kode, uden at de derved har udsat deres detektor for at blive angrebet.

Det er ikke muligt for Charlie, som i princippet kunne være aflytteren Eva, at danne samme kode.

Denne teknik kaldes measurement-device-independent-quantum-key-distribution eller MDIQKD.

Koden overføres meget langsomt

Problemet med denne metode er dog, at transmissionshastigheden er meget langsom, og den afstand, man kan transmittere signalerne over, er kort.

Los forskningsgruppe brugte 94 timer til at overføre en kode på 1.600 bit via en konventionel telekommunikationsfiber med en længde på ti km. Det svarer til en transmissionshastighed på 0,0047 bit/s.

De kinesiske forskere har nu øget den maksimale afstand til 200 km og opnået en transmissionshastighed på 60 bit/s over en afstand på 50 km. Det er en markant forbedring af alle andre resultater med denne metode.

Når først koden er overført, kan den efterfølgende kommunikation mellem Alice og Bob foregå med gigabit-hastighed, eller hvad der nu er muligt på den pågældende forbindelse.

Hackere kan måske i stedet angribe senderen

Forbedringen er opnået ved at øge hastigheden for de to lasere, som Alice og Bob benytter, og ved at øge effektiviteten af foton-detektoren ved Charlie. Det er ikke helt så lige til, som det måske umiddelbart lyder, for der er skrappe krav til laserpulsernes form, ensartethed og ankomsttid.

Skal systemet finde anvendelse i praksis, skal hastigheden dog sættes yderligere i vejret.

Vadim Makarov fra University of Waterloo i Canada, som var med til at forklare, hvordan almindelig QKD kunne omgås ved at blænde detektoren, oplyser til Physics World, at der er tale om et vigtigt teknologisk fremskridt.

Men selv om hackere nu er udelukket fra at angribe fotondetektoren, vil det måske stadig være muligt at snige sig ind og finde huller ved fotonkilden, advarer han.