På vej mod den ubrydelige kryptering
more_vert
close
close

Vores nyhedsbreve

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og at Mediehuset Ingeniøren og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, tilbud mm via telefon, SMS og email. I nyhedsbreve og mails fra Mediehuset Ingeniøren kan findes markedsføring fra samarbejdspartnere.

På vej mod den ubrydelige kryptering

Hackere kan godt begynde at se sig om efter noget andet at lave, når Søren Stobbes ph.d.-projekt bliver en realitet. Han har de seneste tre år arbejdet på at skabe en chip, der blandt andet kan bruges til kvantekryptografi - altså en type datakommunikation, som er stort set umulig at pille ved, uden at det bliver opdaget.

Midlet er brugen af kvantepunkter, som sammen med en "on chip"-bølgeleder kan gøre det, som sikker datakommunikation kræver: Udsende puslespillets brikker enkeltvis ved hjælp af lys, uden nogen vil have en chance for at fange det samlede billede. Samtidig vil strømmen af afsendte data stoppe, hvis nogen overhovedet prøver på at snuse med fra sidelinjen.

»Vi har skabt en central komponent til fremtidens kvantekommunikation, som jeg betragter som et vigtigt skridt mod en helt ny klasse af informationsteknologi. Det er et område i rivende udvikling, og jeg er personligt drevet af basal nysgerrighed,« siger Søren Stobbe, som arbejder sammen med Toke Lund-Hansen og Peter Lodahl fra DTU Fotonik.

Sammen med sine kolleger på DTU Fotonik har Søren Stobbe vist, at et kvantepunkt placeret i en bølgeleder af fotonisk krystal udsender 89 pct. af lyset i bølgelederens retning. Det er den ideelle lyskilde til at generere enkelte fotoner til kvantekryptografi. Øverst ses den fotoniske krystal fra oven. Nederst ses den fra siden. I begge tilfælde illustreres udsendelsen af en enkel foton. (Illustration: Søren Stobbe)

Det første gennembrud

Selv har han en baggrund som fysiker, hvilket har hjulpet ham til at forstå mekanismerne ved kvantepunkter og atomer.

»Den største udfordring var klart at udvikle nanoteknologien til fremstillingen af komponenterne. Da den var på plads, var det sådan set nemt nok at lave nanostrukturen til eksperimentet,« siger Søren Stobbe, som brugte et halvt år i DTU's renrum, før han var tilfreds med komponenten med de indlejrede kvantepunkter.

Den skulle laves af fotoniske krystalbølgeledere, men desværre blev kvaliteten for ringe i de første mange forsøg. DTU havde simpelthen ikke faciliteterne til den nødvendige tørætsning af halvlederne. Derfor indledte gruppen et samarbejde med universitetet i Würzburg i Tyskland, som er eksperter på netop dette felt.

Samarbejdet har vist sig særdeles frugtbart begge veje, for i Würzburg havde forskerne netop brug for en partner, der kunne hjælpe dem med elektronstrålelitografi. Dette er den anden vigtige teknologi til fremstilling af fotoniske krystaller og netop den del, som DTU har udstyret til.

I april i år kom så det første store gennembrud, da det lykkedes gruppen at opnå de resultater, som hidtil kun fandtes på papiret. Designet af chippen havde nemlig taget en form, der gjorde, at lyset kunne kontrolleres på en helt ny måde. Ikke alene kunne bølgelederen lede lyset hen, hvor det skulle, men det foregik også langt mere kontrolleret og effektivt end ved de metoder, som forskere indtil nu har opnået. Dette fordi materialets type og form gjorde, at lyset så at sige blev "født" direkte ind i bølgelederen.

Ubrydelige koder

Hidtidige forsøg med kvantepunkter har vist sig vanskelige, fordi fotoner nok har den egenskab, at de kommer pænt ud en ad gangen. Problemet er blot, at de bliver sendt ud i helt tilfældige retninger. Det betyder, at man ikke kan være sikker på, at fotonerne rammer den lysleder, der skal føre dem videre, hvis ikke de er holdt under nøje kontrol ved at være skabt i et materiale, som kan kontrollere lysets retning.

Konsekvensen af disse eksisterende forsøg har været så lave dataoverførselsrater, at systemet blev ubrugeligt. Derfor har udbyderne været nødt til at gå på kompromis med sikkerheden, for at der overhovedet skulle ske noget på netværket.

Firmaer i USA og Schweiz har i stedet lavet kvantekommunikationssystemer med brug af en laser som lyskilde, men det giver bare andre problemer med sikkerheden, fortæller Søren Stobbe.

Stadig grundforskning

Selv om laseren skyder fotonerne af sted i en bestemt retning, kan det ikke garanteres, at der er tale om nøjagtigt én hver gang. Selv om man dæmper lyset, er der stadigvæk stor risiko for, at to eller flere fotoner slipper igennem, og her bliver kommunikationen allerede usikker. Årsagen er, at en hacker uset vil kunne lytte på de ekstra fotoner, uden det vil kunne ses.

»Fidusen ved et kvantemekanisk system er, at man kun kan måle på systemet ved at vekselvirke med det. Og bliver der kun sendt en foton ud ad gangen, kan man ikke undgå at opdage det, for man kan ikke dele en foton,« understreger Søren Stobbe.

De opnåede resultater med bølgelederen har været så opsigtsvækkende, at resultatet netop er blevet publiceret i tidsskriftet Physical Review Letters, hvilket Søren Stobbe selvsagt er meget tilfreds med. Alligevel er der et stykke vej igen, før der er penge i forskningen, og gruppen ser heller ikke millionerne klinge foran næsen endnu.

»Teknologien er ikke moden til kommercialisering endnu, og det bliver ikke i 2008, at kvantekryptografi slår igennem. Der er stadigvæk tale om grundforskning, men vi håber, at vi ender med at stå med en unik teknologi, som kan patenteres, og så må vi se, om nogen vil investere i vores komponenter,« siger Søren Stobbe.

Fakta: Fotonisk krystal

  • Fotonisk krystal er et kunstigt materiale bestående af huller i et dielektrisk materiale.

  • Hullerne er arrangeret i en periodisk struktur, og ved at flytte enkelte huller eller helt udelade dem kan man fremstille kunstige materialer med unikke optiske egenskaber. Man kan for eksempel lave nanoskopiske optiske resonatorer eller bølgeledere.

Fakta: Kvantepunkt

  • Nanokrystal er et halvledermateriale med kvantemekaniske egenskaber som enkelte atomer, selv om de består af flere tusinde atomer. Når en elektron i et kvantepunkt henfalder, udsendes en enkelt foton.

  • Kvantemekanikken viser, at det er umuligt for to elektroner at eksistere i den samme tilstand, og derfor kan kvantepunktet kun udsende én foton ad gangen.

  • Kvantepunkter forventes at komme til at spille en stor rolle som lyskilde i fremtidens optoelektronik som for eksempel kvantekryptografiske systemer, nanolasere og lysdioder.

De fleste ved, at man ikke kan aflæse en foton uden at påvirke den - for man kan ikke dele fotonen.

Denne begrundelse, holder dog ikke, da det ikke nødvendigvis behøves en delt foton, for at aflæse den. Hvis fotonen, kan aflæses, uden der trækkes energi fra den (kræver naturligvis at aflæser komponenten har gennemstrømning af energi og bruger energi), så er ikke bevist, at den delte foton, udgør et bevis.

Jeg påstår ikke, at man kan aflæse en foton, uden at påvirke den - for det vil jo være en sensation. Men, begrundelsen, at en foton ikke kan deles, holder ikke, i sammenhængen med aflæsningen. Måske kan den "føles" uden at påvirkes, grundet ukendt kvatemekanik.

Jeg tror, at et system, som udfra et logisk synspunkt er ubrydeligt, altid er mere sikkert, end et system, der beror på fysik. Vi kender ikke fysikken i morgen, og har kun kendskab til den offentliggjorte nutidige fysik, og det er ikke et bevis.

Derimod, er matematisk, eller kryptering baseret udfra logik, muligt at bevise. Og intet, kan bryde et sådant bevis. End ikke ny kendskab til fysik. Matematikken, er det eneste, som ikke påvirkes, af vor viden omkring den. Fysik, vil derimod påvirkes.

  • 0
  • 0

Fotoner, som en bæreenhed for data, og hvor hver eneste foton tæller, betyder velsagtens et lyslederkabel. Fx et søkabel under Atlanten? Eller taler vi om kun centimeters afstande imellem indre komponenter i en computer? Eller nogle få meter, imellem computere?

Hvordan vil man forhindre, at en fjende indsætter sig fordækt i kablet og transmitterer al trafik, og samtidig kopierer?

Især må der være en risiko, allerede når kablen bliver lagt, fordi en fjende måske er så hurtig at indsætte sig allerede da, dvs. før man når at måle på kablets hastighed. Hvis man skal opnå sikkerhed, behøver hele kablet at være i brug og med alle alarmmålinger slået til, allerede før man udlægger så meget som én meter.

Jeg synes, at ideen med præcis én foton lyder besnærende, men ideen ligner at være meget skrøbelig. Hvilke fejlmuligheder er der, hvad betyder fx kosmisk stråling og naturlig baggrundsstråling?

  • 0
  • 0

Den ubrydelige kryptering lyder som noget varmluft man kan sælge til naive investorer. Mindst en må kunne bryde koden, hvis den kan bruge til noget.

Man kan da bare lave to ens DVD-er med støj. Så kan man lave et program som lægger støjen til og trækker den fra hos modtageren. Så længe at den der lytter med ikke har en kopi af programmet og af DVD-erne så kan dataerne ikke afkodes.

  • 0
  • 0