| Apie | Žurnalas | Archyvas | Mokslo įdomybės | Paieška |

2000 m. Vasara
turinys

Mobilusis ryšys
· GPS navigacinė sistema be SA klaidinimo
· Žinutės
· Kosminis sinchronizavimas
· Kalbėti ar siųsti duomenis?
· Kosminio kelto lazeris matuos vėjo greitį atmosferoje

Sauga
· Įvadas į viešojo rakto kriptografiją
· Žinutės
· Internete nieko nepaslėpsi
· „Laptopai“ paslapčių nesaugo
· Nėra saugus ir palydovinis ryšys
· Ar jūsų telefonas neužkrėstas?
· Visiškai slaptai

Atminties įtaisai
· Kaip išvengti duomenų kamščių atmintinėse?

ALCATEL
· Hometop
· Linerunner

Optinis ryšys
· Ramano stiprintuvai
· Žinutės
· Nauji skaiduliniai optiniai stiprintuvai

Istorija
· Bipoliam tranzistoriui 50 metų

· Sumanios bendruomenės
· Žinutės

Internetas
· Žinutės

Elektronika
· Didėjantis integravimo laipsnis reikalauja naujų procesų ir naujų metodų
· Pono Gerojo Oksido beieškant

· Žinutės
· Puslaidininkinių prietaisų ir jų gamybos įrangos gamintojai bando susikalbėti tarpusavyje
· Deimantų reikšmė technologijoje auga
· Laikraščiams dar liko gyventi maždaug dvidešimt metų
· Kondensatoriai, skirti energijos kaupimui

Visiškai slaptai

Arūnas Krotkus

   Trys viena nuo kitos nepriklausomos mokslininkų grupės beveik vienu metu eksperimentiškai pademonstravo naują, ypatingai saugų, duomenų šifravimo būdą. Apie šį kvantinės kriptografijos sričiai priskirtiną saugaus ryšio būdą yra pasakojama trijuose žurnalo „Physical Review Letters“ gegužės 15 d. numeryje paskelbtuose straipsniuose. Mokslininkai panaudojo ypatingas daleles - „persipynusių“ (angl. entangled) fotonų poras, kurių tarpusavio ryšiai nenutrūksta netgi tuomet, kai fotonai yra toli vienas nuo kito. Tie ryšiai yra tiek keisti ir sunkiai suprantami, kad persipynusias daleles 1935 m. teoriškai numatęs Albertas Einšteinas (kartu su B. Podolskiu ir N. Rosenu) jas pavadino „kvantiniais vaiduokliais“.

   Persipynusių fotonų kvantinė kriptografija leidžia perduoti užšifruotus duomenis optinio ryšio linijomis ir pastebėti, kai kas nors bando tuos duomenis perimti ar pasiklausyti. Trumpai kalbant, perpynimas sukuria visiškai atsitiktinę nulių ir vienetų seką, skirtą tiktai dviem vienas nuo kito toli esantiems vartotojams. Kiekvienąkart, kai į ryšio seansą pabandys nelegaliai įsijungti kas nors trečias, siunčiami duomenys pastebimai pasikeis ir abu korespondentai galės atsisakyti atitinkamų duomenų paketo dalių. Minėtoji atsitiktinė skaitmenų seka, arba „raktas“, vėliau yra panaudojamas kaip vienkartinis šifras, leidžiantis paversti siunčiamąją informaciją visiškai atsitiktiniu raidžių kratiniu.

   Matematiškai yra įrodyta, kad tokią šifravimo schemą neįmanoma sulaužyti, jeigu nežinomas jos raktas. Apie tai buvo žinoma dar nuo Pirmojo pasaulinio karo laikų, tačiau visi jos įdiegimo atvejai galiausiai atsiremdavo į tai, kaip saugiai perduoti patį vienkartinį raktą. Dešimtajame dešimtmetyje anglas Arturas Ekertas pasiūlė rakto perdavimui panaudoti persipynimo reiškinį, bet įgyvendinti šią schemą iki šiol dar niekam nebuvo pavykę.

Persipynusios fotonų poros yra sukuriamos leidžiant lazerio pluoštelį per BBO kristalą. Šis kristalas ultravioletinius šviesos kvantus paverčia dviem mažesnės energijos fotonais. Vieno iš tų fotonų poliarizacija yra vertikali (raudonas kūgis), o kito horizontali (mėlynas kūgis). Jei fotonai sklinda ta kryptimi, kuria abu kūgiai susikerta (žalia), jų poliarizacija nebėra aiškiai apibrėžiama, nors abiejų jų poliarizacijos yra tampriai susijusios tarpusavyje (persipynusios).

   Paprasčiausioje šios sistemos versijoje yra naudojamas netiesiškas optinis kristalas (beta bario boratas arba BBO), kuris suskaldo fotoną į du persipynusius fotonus. Po tokį fotoną gauna ir siuntėjas (tradiciškai vadinamas Alisa), ir gavėjas (vadinamas Bobu). Ir Alisa, ir Bobas turi po detektorių, skirtą fotonų poliarizacijai (krypčiai, kuria svyruoja šviesos bangos elektrinis laukas) matuoti. Skirtingos poliarizacijos žymi skirtingus skaitmenis, pavyzdžiui, 0 ir 1. Bet pasak kvantų mechanikos, kiekvieną fotoną gali sudaryti skirtingų poliarizacijos būsenų derinys (superpozicija), taigi jis tuo pat metu gali būti ir 0, ir 1. Tiktai tuomet, kai fotono būseną bandoma išmatuoti, jis atsitiktinai pasirenka (kolapsuoja) vieną iš galimybių - 0 arba 1. Tačiau jei kolapsuoja viena iš persipynusių fotonų porą sudarančių dalelių, kita irgi yra priversta padaryti tą patį, o jos pasirinktas skaitmuo priklausys nuo to, kokį skaitmenį, 0 ar 1, pasirinks pirmasis fotonas. Jeigu Alisos ir Bobo detektoriai bus teisingai suderinti, abu jie užregistruos lygiai tokį pat skaitmenį.

Alisa (siųstuvas) ir Bobas (imtuvas) gauna po lazerio generuojamą atsitiktinės poliarizacijos fotonų seką. Po to Alisa užkoduoja šia seka kaip raktu Veneros originalą (a) ir paverčia jį triušmo signalą primenančiu vaizdu (b). Kai šis signalas pasiekia Bobą, jis panaudoja savąjį raktą ir iššifruoja vaizdą (c). XOR žymi logikos funkciją ARBA.

   Priėmę po savąją persipynusių fotonų grandinėlės dalį, Alisa ir Bobas praneša vienas kitam ne tai, kokią seką kiekvienas pamatė, o tik tai, kokius detektorių parametrus abu naudojo. Tai suderinę, Alisa ir Bobas turi po atsitiktinę skaitmenų seką, kuri gali būti visiškai saugus matematiškai nesulaužomo šifro raktas.

   Vienos universiteto fizikų grupė, vadovaujama A. Zeilingerio, savo eksperimente Alisą ir Bobą sujungė 1 km ilgio šviesolaidžiu. Lazeris ir BBO kristalas abu aprūpino slaptu vienkartiniu raktu, kuriuo buvo užšifruotas ir sėkmingai perduotas „Willendorfo Veneros“ vaizdas. Ši akmens amžiaus Venera simbolizavo naująjį išradimą - tai yra vienas iš seniausių žinomų meno kūrinių, be to, ją archeologai aptiko būtent Austrijoje.

   Amerikiečiai iš Los Alamos nacionalinės laboratorijos (tos pačios, kuri gegužės pradžioje degė) pabandė pasižiūrėti, kas atsitiks, jei prie Alisos ir Bobo ryšio nelegaliai prisijungs trečias, pasiklausyti pokalbį įsigeidęs asmuo (jam kriptografijos specialistai irgi turi vardą ­ Eva). Neatskleisdami rakto paslapties, viešai Alisa ir Bobas gali palyginti, sakykime, tik kas dešimtąjį savųjų kodų skaitmenį. Jeigu šio ryšio seanso klausysis Eva, Alisa ir Bobas nustatys, kad jų kodai skiriasi mažiausiai 20 proc. Paulas Kwiatas ir jo bendradarbiai sugebėjo dar labiau nuvilti Evą. Jie panaudojo detektorius, turinčius keturis skirtingus režimus, todėl sugebėdavo netrūkiai stebėti duomenų srauto vientisumą ir pašalietį aptikdavo akimirksniu.

   Nicholas Gisinas ir jo grupė iš Ženevos universiteto (Šveicarija) šią naują techniką visiškai priartino prie realaus įdiegimo. Užkoduotus signalus jie pasiuntė dešimties kilometrų ilgio optine skaidula naudodami šviesos bangos ilgį, artimą tam, kuris naudojamas ryšių sistemose.

   Dabar plačiausiai naudojama RSA viešojo rakto kriptografijos sistema remiasi didelio skaičiaus dalinimu į jį sudarančius pirminius skaičius. Šio rakto iššifravimas yra sunkus, bet ne neįmanomas dalykas, todėl spaudoje vis pasirodo žinutės apie vis didesnių rakto skaičių „nulaužimą“. Kompiuteriams spartėjant, tai padaryti taps vis lengviau. Kvantinė kriptografija, naudojanti persipynusius fotonus, tokių problemų niekuomet neturės. Generuojant skaitmenų seką, sudarančią vienkartinį raktą, bus galima iškart įsitikinti, kad jos neperėmė kas nors trečias.


El. p.: info@elektronika.lt