211service.com
Det er en ny måte å bryte kvantekryptografi på
470906 | Unsplash
Kvantekommunikasjonens store løfte er perfekt privatliv: muligheten til å overføre en melding fra ett punkt i universet til et annet på en slik måte at selve fysikkens lover hindrer en avlytter fra å lytte.
For hackere er den slags løfter som et rødt flagg til en okse. Siden de første kommersielle kvantekryptografisystemene ble tilgjengelige på begynnelsen av 2000-tallet, har folk gjentatte ganger forsøkt å få dem ned - med betydelig suksess. Angrepene har hensynsløst utnyttet ufullkommenheter i utstyret som brukes til å sende kvanteinformasjon. Ved å gjøre det har hackere vist at selv om fysikkens lover tilbyr perfekt sikkerhet, kan utstyr aldri være perfekt. Og disse ufullkommenhetene skaper smutthull som kan utnyttes.
Kvantefysikere ble tvunget til å reagere raskt og utvikle nye protokoller som ikke er avhengig av utstyr. Såkalt enhetsuavhengig kvantekryptografi gir perfekt sikkerhet selv når utstyret er mindre enn perfekt. I hvert fall i teorien.
Men den skremmende sannheten om implementering av kvantekryptografi er at noen, et eller annet sted, alltid kan ha oversett noe viktig. Og dette tilsynet vil muliggjøre et hack.
I dag sier Xiao-Ling Pang og kolleger ved Shanghai Jiao Tong University i Kina at de har funnet en av disse oversett faktorene. Takket være denne oppdagelsen har teamet klart å hacke enhetsuavhengig kvantekryptografi med en skremmende høy suksessrate.
Først litt bakgrunn. De fleste kvantekrypteringssystemer koder informasjon ved hjelp av fotoner. Alice sender fotonene til Bob, som måler dem for å avsløre informasjonen.
Denne prosessen er avhengig av det faktum at måling av kvanteegenskapene til et foton alltid endrer informasjonen det bærer. Så hvis noen avlyttere lytter til, kan Alice og Bob oppdage Eves tilstedeværelse ved endringene hun introduserer til den originale meldingen. Hvis de finner bevis på avlytting, begynner de på nytt. Faktisk fortsetter de å sende dataene på nytt til de kan være sikre på at ingen har overhørt det.
Selvfølgelig kan ikke Alice bruke denne teknikken til å sende en privat melding, fordi det bare er mulig å oppdage Eve etter at hun har lyttet. I stedet bruker Alice den til å sende Bob en nøkkel – en engangsblokk – som han kan bruke å kryptere en melding og sende den over en klassisk kanal. En engangspute er beviselig sikker, forutsatt at ingen andre kjenner nøkkelen.
Ulike cybersikkerhetsforskere har funnet måter å hacke denne typen system. En mangel de har utnyttet er at dataene ofte er kodet i polarisasjonen til et foton: et vertikalt polarisert foton kan kode for et foton. en og en horisontal polarisering a 0 .
Et hack er å skinne en kraftig laser inn i utstyret slik at det reflekteres fra polarisatorene inne. Refleksjonene avslører orienteringen som brukes til å polarisere og kode de utgående fotonene. Og det avslører koden. For å motvirke dette har fysikere utviklet måter å forhindre disse refleksjonene på.
Skriv inn Pang og kolleger, som sier de har funnet en helt ny måte å angripe kvantekommunikasjon på som ikke er avhengig av refleksjoner. Den nye teknikken henger i stedet på en effekt som kalles injeksjonslåsing. Dette er en metode for å endre frekvensen til en laser ved å injisere fotoner med en annen frøfrekvens inn i laserhulen. Forutsatt at forskjellen i frekvens er liten, resonerer laseren til slutt med frøfrekvensen.
Pang og co injiserer fotoner i Alices laser slik at de endrer utgangsfrekvensen. Men dette fungerer bare hvis Pangs fotoner kan passere gjennom polarisatoren inn i laserhulen. For å sikre at dette skjer, injiserer Pang og co fire fotoner, hver med forskjellig orientering – horisontalt, vertikalt og pluss eller minus 45 grader. De venter deretter for å se om dette endrer frekvensen til Alices utgående foton. Hvis frekvensen er endret, må polarisasjonen til det innkommende fotonet ha samsvart med det utgående.
Og det avslører koden uten å måle polarisasjonen til det utgående fotonet. Pang og co endrer deretter frekvensen til dette fotonet tilbake til den tiltenkte frekvensen og sender det videre til Bob, som ikke er noe av det klokere.
Voilà! Et hack som avslører kvanteinformasjonen til Eve uten Alice eller Bobs viten.
Pang og co sier at de har testet tilnærmingen med bemerkelsesverdige resultater. Vi demonstrerer at Eve kan kontrollere Alices kilde ved å tvinge laserresonansen hennes med en bestemt frekvens, sier de. Vi oppnår en suksessrate for hacking som når 60,0 %.
Det er interessant arbeid som skisserer enda et skritt i katt-og-mus-spillet med kvantehacking.
Det neste trinnet er selvsagt å finne måter å forhindre injeksjonslåsing, og Pang og co har gjort de første forsøkene. De sier at et åpenbart mottiltak er å bruke enheter kjent som isolatorer, som lar fotoner reise i én retning, men ikke den andre.
Imidlertid er disse enhetene på ingen måte perfekte. De lar vanligvis fotoner reise i én retning, men reduserer bare antallet som kan reise i den andre.
Pang og co inkluderer isolatorer i oppsettet som reduserer overføringen av uønskede fotoner med opptil 3 desibel. Dette reduserer hackingsuksessraten til 36 %, som de beskriver som fortsatt betydelig høy informasjonslekkasje.
Selvfølgelig er det ikke vanskelig å tenke på andre måter å redusere effektiviteten til denne typen angrep. Men det er et større budskap her: at feil i enhetsuavhengig kvantekryptografi fortsatt kommer frem i lyset. Hovedbudskapet vi ønsker å levere her er at det kan finnes mange andre fysiske smutthull, sier Pang og co.
Det er et viktig budskap. Ulike selskaper tilbyr nå kommersielle kvantekryptografitjenester med løftet om personvern utover det som er oppnåelig med klassiske systemer. Denne typen arbeid vil sannsynligvis gi dem, og kundene deres, noen søvnløse netter.
Ref: arxiv.org/abs/1902.10423 : Hacking av kvantenøkkeldistribusjon via injeksjonslåsing