Лаборатория Практической Квантовой Криптографии

(зав. лаб. Артур Викторович Глейм – к.т.н.)

В настоящее время проведено оснащение лаборатории и запуск экспериментального оборудования, в числе которого:

• квантовые приемо-передающие устройства;
• системы однофотонного детектирования;
• компоненты для разработки устройств и систем ВОЛС;
• устройства формирования и регистрации электрических сигналов;
• средства диагностики и анализа параметров ВОЛС.

Оборудование позволяет вести экспериментальные исследования оптических квантовых методов передачи ключа и работ по созданию оптической квантовой сети. Эти работы уже ведутся в центре, сформирован соответствующий план экспериментов. Проведены первые эксперименты по генерации квантового ключа в лабораторных условиях с применением подхода квантовой коммуникации на боковых частотах модулированного излучения. Исследована возможность формирования и спектрального разрешения квантового канала на частотах от 2 до 12,75 ГГц при частоте смены фазы до 1 ГГц. Данный подход будет применен для создания высокоскоростных и дальнодействующих устройств квантовой коммуникации нового поколения с рекордными параметрами.

Разрабатываются методы повышения информационной емкости квантовых каналов для многопользовательских режимов, заключающиеся в применении многочастотных режимов формирования квантовых потоков, что позволяет эффективно реализовывать многопользовательские режимы, которые, в дальнейшем, будут реализованы экспериментально. Исследуются методы включения в состав квантовых коммуникационных сетей доверенных и не доверенных узлов. Создаются принципы и подходы применения технологий квантовой памяти для восстановления сигналов устройств квантовой связи.

Лаборатория квантовой криптографии, март 2016

Актуальность задач квантовой криптографии

Последние события в области информационной безопасности ставят новые требования к системам коммуникаций на разных уровнях: программном, физическом, социальном. К актуальным примерам кризиса современной системы информационной безопасности можно отнести:

1. дело Э.Сноудена;
2. прослушивание телефонных переговоров лидеров стран (А.Меркель, Р. Эрдоган и др.);
3. тесные связи телекоммуникационных, ИКТ компаний, а также компаний, обеспечивающих системы безопасности, с западными спецслужбами;
4. тотальные взломы и внедрения в правительственные и частные системы передачи информации;
5. взлом аэропорта в Варшаве;
6. взломы систем управления транспортом (Airbus, Thales, первые хакерские взломы автомобильных электронных систем и др.);
7. проект создания закрытой внутриевропейской коммуникационной сети;
8. проект создания защищенного государственного сегмента интернета в России.

Очевидно, что существующие технологии и стандарты не удовлетворяют современным требованиям и будут в скором времени заменены. Это связано с новыми возможностями в дешифрации данных из-за увеличения производительности классических компьютеров, а также в связи с развитием квантовых компьютеров. Так, уже в 2010 году классический компьютер смог дешифровать данные, зашифрованные с использованием 768-битного ключа RSA стандарта (стандартный способ шифрования данных). В связи с этим возникает необходимость использования новых средств защиты каналов связи.

Таким образом, целью проекта, на первом этапе является разработка технологий построения высокоэффективных квантовых коммуникационных сетей сложной топологии для волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) телекоммуникационного стандарта, обеспечивающих наивысшую, недоступную существующим средствам защиту каналов передачи данных от несанкционированного доступа.

Данный подход позволяет обеспечить наивысшую по сравнению с известными принципами спектральную эффективность использования полосы пропускания оптического волокна (до 40% по сравнению с 2-4% в других схемах) при высокой устойчивости протокола к воздействию внешних условий на волоконно-оптический канал передачи данных и высокой видностью, равной 98,8%.

Производится подготовка экспериментальной ВОЛС, соединяющей корпуса КНИТУ-КАИ, для запуска первого участка распределенной квантовой сети Казани, что в дальнейшем позволит организовать пилотную зону для отработки вопросов практического применения технологий квантовой высокозащищенной передачи данных, взаимодействия с телекоммуникационными операторами и потребителями.

Внедрение таких технологий позволит создать инновационную безопасную сетевую информационную инфраструктуру, в основе которой лежат фундаментальные законы квантовой физики, что позволит преодолеть нарастающий кризис современной системы информационной безопасности предоставить пользователям новые сервисы:

• гарантированной защиты каналов передачи данных, а также невозможности подмены данных в процессе передачи в государственной, финансовой, промышленной, военной и др. сферах, что позволит повысить защищенность финансовых транзакций, каналов управления, центров обработки данных, облачных систем, систем электронного правительства, информации связанной с государственной и коммерческой тайной, транспортных систем и др.;
• возможности обеспечивать обнаружение попытки перехвата данных с линий связи
• распределения ключей шифрования для устройств, использующих защищенные каналы передачи данных, что многократно позволяет повысить их устойчивость к попытке перехвата

Сотрудники лаборатории

к.т.н. Артур Викторович Глейм – заведующий лабораторией

к.ф.-м.н. Наркис Арсланов  — старший научный сотрудник

к.т.н. Олег Банник — старший научный сотрудник

Ленар Гилязов — научный сотрудник

Константин Мельник — магистрант