RU2488965C1 - Method of receiving/transmitting cryptographic information - Google Patents
Method of receiving/transmitting cryptographic information Download PDFInfo
- Publication number
- RU2488965C1 RU2488965C1 RU2011146176/08A RU2011146176A RU2488965C1 RU 2488965 C1 RU2488965 C1 RU 2488965C1 RU 2011146176/08 A RU2011146176/08 A RU 2011146176/08A RU 2011146176 A RU2011146176 A RU 2011146176A RU 2488965 C1 RU2488965 C1 RU 2488965C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- quantum key
- transmitting
- hidden
- photon
- spqk
- Prior art date
Links
Landscapes
- Optical Communication System (AREA)
Abstract
Description
Способ приема-передачи криптографической информации (СППКИ) включает в себя ряд последовательносовокупных операций в различных подсистемах связи, а именно: создание скрытого квантового ключа (СКК) на Земле с операцией передачи его на пункт направленной скрытой связи с низкоорбитальным космическим аппаратом (НА), с очередной операцией скрытой передачи СКК на другой НА, а с него заключительную прицельную скрытую операцию передачи на стационарные и движущиеся наземные, подземные, надводные, подводные, летательные объекты, нуждающиеся в быстрой постоянной смене СКК.The method of receiving and transmitting cryptographic information (SPPCI) includes a series of sequentially cumulative operations in various communication subsystems, namely: creating a hidden quantum key (CCM) on Earth with the operation of transmitting it to a point of directed hidden communication with a low-orbit spacecraft (ON), with the next operation of covert transfer of the CCM to another NA, and from it the final sighting covert operation of transfer to stationary and moving ground, underground, surface, underwater, flying objects that need to be Troy constant change of the JCC.
Сама скрытая кодированная информация, после указанной выше последовательности операций, может быть передана по любому открытому каналу связи. Таким образом возникает система глобальной квантовой рассылки ключа (СГКРК).The hidden coded information itself, after the above sequence of operations, can be transmitted over any open communication channel. Thus, a system of global quantum key distribution (SGRC) is created.
Частичными аналогами спутниковой части подсистемы являются подсистемы космической связи типа «Гонец» («Гонец-Д1М») и космические системы определения координат типа «Глонасс». В наземной части частичными аналогами являются известные оптоволоконные и атмосферные системы квантовой рассылки ключа (СКРК) типа «Plag and Play», а так же «Способ формирования синхропосылки криптографического алгоритма в системах связи с обеспечением имитозащищенности и конфиденциальности передаваемых сообщений» в патенте №2287222, Н04К 1/00, патентообладатель ГУН НПЦ «СПУРТ».Partial analogs of the satellite part of the subsystem are space communications subsystems of the “Gonets” type (“Gonets-D1M”) and space systems for determining coordinates of the “Glonass” type. In the ground part, partial analogues are the well-known fiber-optic and atmospheric key quantum distribution systems (SCR) of the “Plag and Play” type, as well as the “Method for generating the sync sending of the cryptographic algorithm in communication systems with ensuring the security and confidentiality of transmitted messages” in patent No. 2287222, Н04К 1/00, patent holder GUN SPC "SPURT".
Все изложенные выше способы приема-передачи криптографической информации до настоящего времени базируются на теоретических основах радиотехники с использованием математического аппарата (различных алгоритмов) и других способов временно-пространственных систем связи и их разделения. Всем им присущ принципиальный недостаток - возможность подбора ключа, в том числе и «взлома» хакерами с течением времени, и чем больше память и быстродействие ЭВМ, тем быстрее это имеет место быть.All the above methods of receiving and transmitting cryptographic information to date are based on the theoretical foundations of radio engineering using a mathematical apparatus (various algorithms) and other methods of temporal-spatial communication systems and their separation. All of them have a fundamental flaw - the ability to select a key, including “hacking” by hackers over time, and the more memory and computer speed, the faster this takes place.
Обоснование пути решения проблемы.Rationale for solving the problem.
При передаче скрытой информации по имеющимся линиям связи существует проблема не только несанкционированного, но и необнаруженного ее перехвата злоумышленником. И, прежде всего, перехвата ключа. Этот недостаток будет отсутствовать у разрабатываемых в мире систем квантовой рассылки ключа (СКРК), например, с помощью однофотонных линий передачи.When transmitting hidden information over existing communication lines, there is a problem of not only unauthorized, but also undetected interception by an attacker. And, above all, key interception. This drawback will be absent in the systems of quantum key distribution (SCR) being developed in the world, for example, using single-photon transmission lines.
Квантовые свойства одного фотона обеспечивают как скрытую передачу информации, так и немедленное обнаружение даже попытки перехвата информации злоумышленником.The quantum properties of a single photon provide both covert information transfer and immediate detection of even attempts to intercept information by an attacker.
В квантовой криптографии происходит одновременно генерация абсолютно стойкого ключа и его рассылка по незащищенному оптоволоконному каналу связи в виде последовательности одиночных квантов света (фотонов). Законы квантовой механики при этом условии обеспечивают создание канала для передачи информации таким образом, что вторжение злоумышленника в оптический канал передачи квантового ключа с целью копирования ключа и его ретрансляции неизбежно обнаруживается легитимными участниками связи. В случае обнаружения вторжения сеанс передачи аннулируется. Если же вторжение не обнаружено, то оно отсутствует с квантовой вероятностью, сколь угодно близкой к единице. Соответственно, переданный квантовый ключ оказывается известным только легитимным участникам передачи. Далее ключ может быть использован для шифрования текстов и безопасной передачи этих текстов по любому другому открытому каналу с присущей этому каналу скоростью передачи информации. Этот же открытый канал используется для открытого обсуждения легитимными участниками передачи их протоколов передачи и приема сигналов. В результате чего и обнаруживается вторжение злоумышленника в первый канал до начала применения переданного ключа, т.е. фактической передачи скрытой информации.In quantum cryptography, an absolutely stable key is simultaneously generated and distributed via an unprotected fiber optic communication channel in the form of a sequence of single light quanta (photons). The laws of quantum mechanics under this condition ensure the creation of a channel for transmitting information in such a way that an intruder intrudes into the optical transmission channel of a quantum key in order to copy the key and relay it inevitably is detected by legitimate communication participants. In case of intrusion detection, the transmission session is canceled. If the intrusion is not detected, then it is absent with a quantum probability arbitrarily close to unity. Accordingly, the transmitted quantum key is known only to the legitimate participants of the transmission. Further, the key can be used to encrypt texts and securely transfer these texts over any other open channel with the information transfer speed inherent in this channel. The same open channel is used for open discussion by legitimate participants in the transmission of their transmission and reception protocols. As a result, an intruder’s intrusion into the first channel is detected before the application of the transferred key, i.e. actual transfer of hidden information.
По своей физической, конструктивной и технологической природе СППКИ обеспечивает своевременное обнаружение попыток несанкционированного доступа к ключу в процессе его передачи, своевременно исключает перехват ключа и основан на комплексном сочетании квантовых и спутниковых технологий.Due to its physical, constructive and technological nature, SPPKI provides timely detection of attempts of unauthorized access to a key in the process of its transfer, timely eliminates key interception and is based on a complex combination of quantum and satellite technologies.
Наиболее важной и нерешенной задачей является абсолютно скрытая передача СКК с земли на НА и с НА на наземный объект в любую погоду.The most important and unsolved problem is the absolutely hidden transmission of the CCM from the ground to the NA and from the NA to the ground object in any weather.
Изложенное выше аргументировано показывает, что предлагаемый СППКИ удовлетворяет критерию «пионерного» изобретения, которому в мировой практике в настоящее время прототипа пока нет.The above reasoned shows that the proposed SPPKI meets the criterion of "pioneer" invention, which in world practice currently has no prototype.
В настоящее время в России разработан интерактивный алгоритм для протокола квантового распределения ключа, обеспечивающего безусловную скрытность. Причем, разработанный алгоритм с успехом можно использовать в протоколах квантовой криптографии, для которой характерен высокий уровень ошибок в ключах после квантовой передачи сигналов (СПбГУ АП).At present, Russia has developed an interactive algorithm for the protocol of quantum key distribution, which provides unconditional secrecy. Moreover, the developed algorithm can be successfully used in the protocols of quantum cryptography, which is characterized by a high level of errors in the keys after quantum signal transmission (SPbU AP).
Имеется много схем СКРК, основанных на использовании квантовых свойств одного фотона. Кроме однофотонных систем, разрабатывают двух- и трехфотонные системы на сцепленных (связанных, перепутанных) состояниях, называемых высокоразмерными. Они в принципе обладают высокой скрытностью и реализуются пока в лабораторных экспериментах на линиях небольшой протяженности.There are many SCR schemes based on the use of the quantum properties of a single photon. In addition to single-photon systems, two- and three-photon systems are developed on coupled (coupled, entangled) states, called high-dimensional ones. In principle, they have high secrecy and are implemented so far in laboratory experiments on short lines.
В рамках европейского проекта SECOQC усилиями сорок одной европейской научно-исследовательской и промышленной организации из 12 стран в настоящее время разрабатывается сеть квантовой криптографии. Она будет сформирована из восьми узлов, расстояния между которыми составят от 6 до 30 км, а самый длинный участок составит 83 км. В создании этой сети участвуют специалисты из Австрийского технологического института, Quantique, Toshiba Research в Великобритании, университета Женевы, Венского университета, Siemes'a и многих других. До этого проекта квантовая криптография была технически реализована только при прямом соединении между двумя участниками. В этом проекте будет соединено 6 участников в окрестностях Вены. На презентации метода был произведен VoIP-телефонный разговор при применении one-time-pad технологии, при которой ключи участников по величине равны объему шифруемой информации. Важно, что впервые удалось реализовать механизм квантовой криптографии в уже существующей коммерческой сети с использованием уже выпускаемых составляющих элементной базы для узлов сети и обычных оптоволоконных каналов передачи данных.Within the framework of the European project SECOQC, the efforts of forty-one European research and industrial organizations from 12 countries are currently developing a network of quantum cryptography. It will be formed of eight nodes, the distances between which will be from 6 to 30 km, and the longest section will be 83 km. Specialists from the Austrian Institute of Technology, Quantique, Toshiba Research in the UK, the University of Geneva, the University of Vienna, Siemes, and many others participate in the creation of this network. Prior to this project, quantum cryptography was technically implemented only with a direct connection between two participants. This project will connect 6 participants in the vicinity of Vienna. At the presentation of the method, a VoIP-telephone conversation was made using one-time-pad technology, in which the keys of the participants are equal in size to the amount of encrypted information. It is important that for the first time it was possible to implement the mechanism of quantum cryptography in an existing commercial network using the already available components of the element base for network nodes and conventional fiber-optic data transmission channels.
Стоимость системы шифрования на октябрь 2008 года оценивалась в 100000 евро, а коммерческая система будет стоить около 10000 евро. Создание самой системы предполагается в период 3-4-х лет. Главными проблемами являются невысокая скорость передачи данных, невозможность передачи данных на расстояние более 100 км без усилителя. Исследованы линии СКРК протяженностью до нескольких десятков километров, основанные на передаче информации на фазовом сдвиге частоты одного фотона.The cost of the encryption system for October 2008 was estimated at 100,000 euros, and the commercial system will cost about 10,000 euros. The creation of the system itself is expected in the period of 3-4 years. The main problems are the low data transfer rate, the inability to transmit data over a distance of more than 100 km without an amplifier. SCRK lines with a length of up to several tens of kilometers, based on the transmission of information at the phase shift of the frequency of one photon, were studied.
Использование поднесущей частоты модуляции сигнала позволяет использовать радиочастотную технику вместо громоздких оптических интерферометров (Ю.Т. Мазуренко, Ж.-М. Меролли, Ж.-П. Гожебир. Квантовая передача информации с помощью поднесущей частоты. Применение к квантовой криптографии. «Оптика и спектроскопия», 1999, №2, с.181-183).The use of a subcarrier of the frequency modulation of the signal allows the use of radio frequency technology instead of bulky optical interferometers (Yu.T. Mazurenko, J.-M. Merolli, J.-P. Goghebir. Quantum transmission of information using the subcarrier frequency. Application to quantum cryptography. “Optics and spectroscopy ", 1999, No. 2, p.181-183).
Доведенной до коммерческой реализации является СКРК, которая работает с применением протокола ВВ84, получившая название система «Plag and Play». В этой системе и источник одиночных фотонов и однофотонный приемник находятся только у одной стороны системы. Это значительно снижает материальные затраты на создание и эксплуатацию всей СКРК (M. Bourennan, F. Gibson, A. Karlsson, A. Hening, P. Jonson, T. Tsegaye, D. Lyundgren and E. Sunberg «Experiments on long wavelength (1,55 nm); «Plag and Play» quantum cryptography systems» Opt. express 4, 383387 (1999); M. Bourennan, D. Lyundgren, A. Karlsson, P. Jonson, A. Hening, J.P. Cisear. «Experimental long wavelength quantum cryptography from single phpton transmission to key extraction protocols» J. Mod. Optics, 47, 563579, (2000); http://www.idquatique.com).Brought to commercial implementation is the SCRK, which operates using the BB84 protocol, called the Plag and Play system. In this system, both the source of single photons and the single-photon receiver are located only on one side of the system. This significantly reduces the material costs of creating and operating the entire SCRC (M. Bourennan, F. Gibson, A. Karlsson, A. Hening, P. Jonson, T. Tsegaye, D. Lyundgren and E. Sunberg “Experiments on long wavelength (1 , 55 nm); “Plag and Play” quantum cryptography systems ”Opt. Express 4, 383387 (1999); M. Bourennan, D. Lyundgren, A. Karlsson, P. Jonson, A. Hening, JP Cisear.“ Experimental long wavelength quantum cryptography from single phpton transmission to key extraction protocols ”J. Mod. Optics, 47, 563579, (2000); http://www.idquatique.com).
Источниками отдельных фотонов во всех системах являются полупроводниковые или оптоволоконные лазеры на длину волны 1300 или 1550 нм, которые выпускаются на коммерческой основе.Sources of individual photons in all systems are semiconductor or fiber optic lasers at a wavelength of 1300 or 1550 nm, which are produced on a commercial basis.
Также на коммерческой основе выпускаются одномодовые оптоволоконные кабели с малыми потерями на соответствующую длину волны. Выпускаются также практически все электронные и оптические компоненты СКРК и оборудование для их сборки.Also on a commercial basis, single-mode fiber optic cables with low losses at the corresponding wavelength are produced. Almost all electronic and optical components of the SCRK and equipment for their assembly are also produced.
Компания Toshiba разработала защиту для видеоконференций в Сети методом квантовой криптографии. Технология однофотонной криптографии полностью совместима с IP-протоколом и может быть внедрена в коммерческих сетях. Для этого был разработан учеными компании квантовый сервер ключей (Quantum Key Server), способный генерировать до 100 однофотонных криптографических ключей в секунду. Это дало возможность шифровать при помощи уникального ключа каждый кадр видео, передаваемый по сети. Сервер снабжен системой автоматического управления для непрерывного мониторинга системы и регулирования ее оптических свойств, обеспечивая надежную непрерывную работу без вмешательства человека. Система работает в используемом в телекоммуникациях диапазоне длин волн 1,55 мкм с использованием стандартного оптического волокна.Toshiba has developed security for video conferencing on the Web using quantum cryptography. Single-photon cryptography technology is fully compatible with the IP protocol and can be implemented in commercial networks. For this, the company's scientists developed a quantum key server (Quantum Key Server), capable of generating up to 100 single-photon cryptographic keys per second. This made it possible to encrypt with a unique key each frame of the video transmitted over the network. The server is equipped with an automatic control system for continuous monitoring of the system and regulation of its optical properties, providing reliable continuous operation without human intervention. The system operates in the 1.55 µm wavelength range used in telecommunications using standard optical fiber.
В России В ГУП НПЦ «СПУРТ» (г.Зеленоград) совместно с группой ученых из СПб ГУ ИТМО и СПб ГУ АП проведена предварительная проработка отечественной системы квантовой рассылки ключа с помощью наземной оптоволоконной техники. Работа достигла уровня разработанного технического задания на создание действующего макета СКРК.In Russia, the State Unitary Enterprise SPC “SPURT” (Zelenograd), together with a group of scientists from St. Petersburg State University ITMO and St. Petersburg State University AP, carried out a preliminary study of the domestic system of quantum key distribution using ground-based fiber-optic technology. The work reached the level of the developed technical specifications for the creation of the current layout of the SCRK.
В СПб ГУ ИТМО создана лабораторная модель линии квантовой криптографии при передаче квантов по воздуху.In St. Petersburg State University ITMO, a laboratory model of a quantum cryptography line has been created for transmitting quanta through the air.
Наименее разработан воздушный канал связи с земли на низкоорбитальный космический аппарат (КА). В Лос-Аламосе в Америке разрабатывают методы передачи квантового ключа с земли на низкоорбитальный КА. Все опубликованные результаты передачи одиночных фотонов по воздуху достигнуты в условиях сверхчистой атмосферы и непригодны для передачи информации с земли на НА в реальной атмосфере и, тем более, при наличии облаков.The least developed air communication channel from the earth to a low-orbit spacecraft (SC). Los Alamos in America is developing methods for transferring a quantum key from the earth to a low-orbit spacecraft. All published results of the transmission of single photons through the air have been achieved under conditions of an ultrapure atmosphere and are unsuitable for transmitting information from the ground to scientific research equipment in a real atmosphere and, especially, in the presence of clouds.
Мы предлагаем осуществить передачу скрытого квантового ключа с земли на НА с помощью прицельного пучка излучения терагерцового лазера. Терагерцовый диапазон обладает сочетанием ряда уникальных свойств по сравнению с оптическим и радиодиапазонами. Во-первых, релеевское рассеяние у терагерцовых волн на 8-9 порядков меньше, чем у оптического. Во-вторых, терагерцовое излучение можно фокусировать подобно оптическому излучению. В-третьих, расходимость луча терагерцового лазера сравнима с расходимостью пучка оптического лазера, а значит, значительно меньше, чем у радиодиапазона по причине другого способа возбуждения лазерного излучения. В силу последней причины у терагерцового пучка отсутствуют боковые лепестки в «диаграмме направленности». Кроме этого, для диапазона в районе около 5 ТГц прозрачны водяные пары, туман и дисперсные среды с размером частиц в десятки микрон.We propose to carry out the transfer of a hidden quantum key from the ground to the HA using an aimed beam of radiation from a terahertz laser. The terahertz range has a combination of a number of unique properties compared to the optical and radio bands. Firstly, Rayleigh scattering in terahertz waves is 8–9 orders of magnitude smaller than in optical. Secondly, terahertz radiation can be focused like optical radiation. Thirdly, the divergence of a terahertz laser beam is comparable to the divergence of an optical laser beam, which means that it is much smaller than that of the radio range due to another method of exciting laser radiation. For the latter reason, the terahertz beam does not have side lobes in the radiation pattern. In addition, water vapor, fog and dispersed media with a particle size of tens of microns are transparent for a range of about 5 THz.
Известно несколько типов источников лазерного (когерентного) излучения в терагерцовом диапазоне.Several types of sources of laser (coherent) radiation in the terahertz range are known.
Компания Coherent (США) разработала первый терагерцовый лазер, который предназначен для работы в космосе. Источник излучения с частотой 2,5 ТГц стал первым газовым лазером на парах метанола, удовлетворяющим требованиям, которые предъявляются к приборам, срок службы которых на орбите должен превышать 5 лет. Мощность лазера - 31 мВт (2002 г.).Coherent (USA) has developed the first terahertz laser, which is designed to work in space. A radiation source with a frequency of 2.5 THz was the first methanol vapor laser to meet the requirements for devices whose lifetime in orbit should exceed 5 years. Laser power - 31 mW (2002).
В университете Лидса (Великобритания) разработана методика для получения излучения терагерцового диапазона регулируемой частоты. Генератор состоит из титан-сапфирового лазера, стеклянного эталона частоты Фабри-Перро и фотопроводящей антенны, генерирующей терагерцовое излучение при генерации разностной частоты (difference frequency generation, DFG). Рабочий диапазон частот может перекрыть в несколько терагерц. Продемонстрирована генерация 0,3 и 0,5 ТГц при 1 мкВт непрерывного режима.At the University of Leeds (UK), a technique has been developed for obtaining radiation in the terahertz range of adjustable frequency. The generator consists of a titanium-sapphire laser, a glass Fabry-Perrot frequency standard and a photoconductive antenna that generates terahertz radiation when generating difference frequency (difference frequency generation, DFG). The operating frequency range can cover several terahertz. The generation of 0.3 and 0.5 THz at 1 μW continuous mode was demonstrated.
В Гарвардском университете (США), разработан полупроводниковый лазер на квантовых каскадах с электрической накачкой, работающий при комнатной температуре, излучающий на частоте 5 ТГц мощность несколько сотен нановатт. При охлаждении мощность может достигнуть уровня милливатт.At Harvard University (USA), a semiconductor laser pumped by a cascade of electric cascades, operating at room temperature, emitting a frequency of several hundred nanowatts at a frequency of 5 THz, was developed. When cooled, power can reach milliwatts.
В России в Институте физики твердого тела РАН ведут разработку миниатюрного полупроводникового генератора и детектора терагерцового излучения. Предварительные эксперименты на AlGaAs/GaAs - полупроводниковых структурах показали успешную работу механизмов генерации и детектирования терагерцового излучения в частотном диапазоне 10 ГГц - 0,5 ТГц, генерируемой мощность 0,1 мВт, ширине линии генерации и детектирования 0,1 ГГц и рабочей температуре 180°K и выше.In Russia, the Institute of Solid State Physics of the Russian Academy of Sciences is developing a miniature semiconductor generator and a terahertz radiation detector. Preliminary experiments on AlGaAs / GaAs semiconductor structures have shown the successful operation of the mechanisms for generating and detecting terahertz radiation in the frequency range 10 GHz - 0.5 THz, the generated power 0.1 mW, the width of the generation and detection line 0.1 GHz, and the operating temperature 180 ° K and higher.
Однако мощность единичных источников полупроводникового типа явно недостаточна для дальнейшей передачи. Уже существуют работающие источники мощного терагерцового излучения - до 400 ватт в одиночном пучке в виде лазера на свободных электронах. Такой перестраиваемый источник можно создать для проведения экспериментов или как постоянную точку для передачи квантового ключа на НА в Зеленограде на базе строящегося синхротрона. Разработка самого источника проведена в Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения РАН в г.Новосибирске (Визуализация излучения мощного терарерцового лазера на свободных электронах с помощью термочувствительного интерферометра. Н.А. Винокуров и др., ЖТехФ, 2007, том 77, вып.7, стр.91-100). Что касается других приемников терагерцового излучения, то известно много их типов.However, the power of single semiconductor-type sources is clearly insufficient for further transmission. There are already working sources of powerful terahertz radiation - up to 400 watts in a single beam in the form of a free-electron laser. Such a tunable source can be created for conducting experiments or as a constant point for transferring a quantum key to an AT in Zelenograd based on the synchrotron under construction. The development of the source itself was carried out at the Institute of Nuclear Physics. G.I. Budker of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences in Novosibirsk (Visualization of the radiation of a high-power free-electron terahertz laser using a heat-sensitive interferometer. N.A. Vinokurov et al. ZhTekhF, 2007, Volume 77, Issue 7, pp. 91-100). As for other terahertz radiation receivers, many of their types are known.
Аппаратный состав системы глобальной квантовой рассылки ключа СГКРК состоит из нескольких частей (Фиг.1), а именно:The hardware composition of the global quantum key distribution system SGKRK consists of several parts (Figure 1), namely:
1. Наземная часть для передачи информации, в которую входят:1. The ground part for the transmission of information, which includes:
1.1 комплекс аппаратуры для управления электронной составляющей функционированием низкоорбитальных космических аппаратов (НА1);1.1 a set of equipment for controlling the electronic component of the functioning of low-orbit spacecraft (HA1);
1.2 комплекс аппаратуры, с помощью которой создается квантовый ключ и вводится в однофотонную или на связанных состояниях фотонов оптоволоконную или атмосферную линию связи;1.2 a set of equipment with which a quantum key is created and an optical fiber or atmospheric communication line is inserted into a single-photon or coupled photon state;
1.3 наземная (или подземная) линия оптоволоконной связи или атмосферной связи, предназначенная для передачи квантового ключа от места генерации к месту передачи ключа на НА1;1.3 land (or underground) fiber-optic or atmospheric communication line, designed to transmit a quantum key from the place of generation to the place of transfer of the key to HA1;
1.4 комплекс аппаратуры, принимающей сигнал из оптоволоконной или атмосферной линии связи и превращающей его в сигнал терагерцового лазера, направленного на искомый (необходимый) НА1;1.4 a set of equipment that receives a signal from a fiber optic or atmospheric communication line and turns it into a terahertz laser signal aimed at the desired (necessary) HA1;
1.5 комплекс аппаратуры для высокоточного определения положения НА1 и наведения на него луча терагерцового лазера.1.5 a set of equipment for high-precision determination of the position of HA1 and pointing a terahertz laser beam onto it.
2. Космическая часть следующего НА2, в который входят:2. The space part of the next HA2, which includes:
2.1 приемник сигналов когерентного терагерцового диапазона;2.1 receiver of signals of the coherent terahertz range;
2.2 аппаратура превращения принятого с земли сигнала в сигнал терагерцового лазера, направленного на землю, на объект, принимающий квантовый ключ;2.2 equipment for converting a signal received from the earth into a signal of a terahertz laser directed to the earth to an object receiving a quantum key;
2.3 терагерцовый лазер с изменяемой длиной волны;2.3 terahertz laser with variable wavelength;
2.4 аппаратура для прицельного высокоточного наведения луча терагерцового лазера на объект, принимающий квантовый ключ;2.4 equipment for precision high-precision aiming of a beam of a terahertz laser on an object receiving a quantum key;
2.5 аппаратура для высокоточного определения местоположения объекта, принимающего сигнал терагерцового лазера;2.5 equipment for high-precision location of an object receiving a terahertz laser signal;
2.6 подсистема для управления этой аппаратурой.2.6 subsystem for controlling this equipment.
3. Наземная часть для приема информации, в которую входят:3. The ground part for receiving information, which includes:
3.1 высокочувствительный приемник терагерцового лазерного сигнала;3.1 highly sensitive terahertz laser signal receiver;
3.2 аппаратура для превращения лазерного сигнала в скрытый квантовый ключ.3.2 equipment for converting a laser signal into a hidden quantum key.
В случае необходимости сигнал может быть передан с одного НА1 на другой НА2 с помощью разработанных подсистем. В ФНПЦ ФГУП «Научно-исследовательский институт прецизионного приборостроения» разработан для передачи скрытой информации между спутниками, где атмосфера отсутствует, унифицированный терминал межспутниковой высоконаправленной лазерной системы передачи информации. Он предназначен для установки на космических аппаратах с целью обеспечения передачи измерительной, связной, командной и другой информации между низкоорбитальными КА и с низкоорбитального на геостационарный КА. Сведения о возможности скрытой передачи информации с помощью таких устройств за счет точной направленности лазерного луча опубликованы в журнале «Радиотехника», 2004 г., №10-11, статья Троицкого А.И.If necessary, the signal can be transmitted from one HA1 to another HA2 using the developed subsystems. At the Federal Scientific Research Center Federal State Unitary Enterprise “Scientific Research Institute of Precision Instrumentation”, a unified terminal for an inter-satellite highly directional laser information transmission system has been developed to transmit hidden information between satellites where there is no atmosphere. It is intended for installation on spacecraft in order to ensure the transfer of measurement, communication, command and other information between low-orbit spacecraft and from low-orbit to geostationary spacecraft. Information about the possibility of covert information transmission using such devices due to the exact directivity of the laser beam was published in the journal Radio Engineering, 2004, No. 10-11, article by A. Troitsky
Наиболее целесообразно в качестве НА использовать НА из системы «ГЛОНАСС» и системы «ГОНЕЦ». В этом случае можно существенно сократить затраты на разработку предлагаемой системы.It is most advisable to use as a HA from the GLONASS system and the GONETS system. In this case, you can significantly reduce the cost of developing the proposed system.
Технический результат предлагаемого способа заключается в применении современных технологических средств передачи ключа, что приводит к устранению возможности его своевременной расшифровки, для чего необходимо время действия открытого или закрытого ключа сделать меньше времени, необходимого для его расшифровки. Эта расшифровка в ближайшее время будет производиться с помощью сверхскоростных (на несколько порядков), в том числе квантовых кубитовых, вычислительных средствах. Первые успешные попытки сделаны. Известно также, что стало возможным процесс разложения и симметричного и несимметричного ключа на множители свести к биномиальному распределению.The technical result of the proposed method is the use of modern technological means of transmitting the key, which eliminates the possibility of its timely decryption, which requires the duration of the public or private key to make less time needed to decrypt it. This decryption in the near future will be carried out using ultra-fast (by several orders of magnitude), including quantum qubit, computing means. The first successful attempts are made. It is also known that it became possible to decompose both the symmetric and asymmetric key into factors to reduce to a binomial distribution.
В оптическом диапазоне выявлена возможность синтезирования скрытого одно-, двух- или более фотонного квантового ключа (СФКК), который представляет собой синтез из сцепленных (связанных, перепутанных) состояний, называемых высокоразмерными.In the optical range, the possibility of synthesizing a hidden one-, two- or more photon quantum key (SFCS), which is a synthesis of linked (coupled, entangled) states called high-dimensional, has been revealed.
Частая смена СКК, основанного на применении случайных чисел, устраняет возможность предательства при передаче информации. Несанкционированное предоставление СКК, который действует минимально необходимое время (например, порядка 1 сек) и который создан автоматически с применением генератора случайных чисел (ГСЧ), приводит к бессмысленности такого предоставления. Предоставление же принципа действия ГСЧ невозможно, так как он известен, но дает непредсказуемые результаты.Frequent change of CCM based on the use of random numbers eliminates the possibility of betrayal in the transmission of information. Unauthorized submission of a CCM that operates for the minimum necessary time (for example, of the order of 1 second) and which is created automatically using a random number generator (RNG), leads to the senselessness of such a provision. The provision of the principle of operation of the RNG is impossible, since it is known, but gives unpredictable results.
В настоящее время доказана невозможность необнаруженной попытки подслушивания на одноквантовой оптоволоконной линии. Перехватить же узконаправленный терагерцовый лазерный сигнал нельзя, поскольку релеевское рассеяние для этого диапазона на 8-9 порядков меньше, чем для видимого и для инфракрасного (ИК) диапазонов, а обычная для нелазерных радиоволн диаграмма направленности с боковыми лепестками отсутствует. Что касается прохождения этого диапазона через атмосферу, то в спектре водяных паров есть окно в района 5ТГц, а дисперсные частицы с размерами в десятки и сотни микрон не препятствуют его прохождению. Что же касается американской системы перехвата радиоинформации «Эшелон», то она не приспособлена для перехвата как узконаправленной информации оптического диапазона так и, тем более, в терагерцовом диапазоне.Currently, the impossibility of an undetected eavesdropping attempt on a single-quantum fiber optic line has been proven. It is impossible to intercept a narrowly directed terahertz laser signal, since Rayleigh scattering for this range is 8–9 orders of magnitude smaller than for the visible and infrared (IR) ranges, and there is no usual radiation pattern with side lobes for non-laser radio waves. As for the passage of this range through the atmosphere, there is a window in the 5THz region in the spectrum of water vapor, and dispersed particles with sizes of tens and hundreds of microns do not impede its passage. As for the American Echelon radio information interception system, it is not suitable for intercepting both narrowly focused information in the optical range and, especially, in the terahertz range.
Таким образом, СППКИ позволяет создавать быстрый неперехватываемый квантовый ключ со временем его передачи и временем его применения меньшим времени его расшифровки.Thus, SPPKI allows you to create a fast, non-interceptible quantum key with a time of its transmission and a time of its application less than the time of its decryption.
Из вышеизложенного следует важный вывод о нецелесообразности оформления заявки на получение патента на СППКИ закрытой, т.к. целесообразнее продавать лицензии на правопользование, извлекая из этого прибыль. К тому же известно, что создано в одной стране, будет создано и в других. При этом интересы государственные и коммерческие будут соблюдены, т.е. оперативная криптографическая информация каждого субъекта гарантирована, надежность электронной подписи тоже. Хакеры могут отдыхать. Заявленное решение характеризуется следующими признаками: способ приема-передачи крипнографической информации через глобальную квантовую рассылку ключей (ГКРК), содержащий в себе аппаратуру для синтеза однофотонного или высокоразмерного скрытого фотонного квантового ключа (СФКК) в каком-либо пункте, например, на земле через операцию введения его в оптоволоконную линию передачи СФКК на пункт направленной скрытой передачи его и с этого пункта на космический низкоорбитальный аппарат (НА) по направленному атмосферному каналу, например, когерентным лучом в терагерцовом диапазоне, с очередной операцией передачи скрытого квантового ключа (СКК) по высоконаправленному каналу, например, также когерентным лучом терагерцового диапазона или оптическим лазерным лучом на другой (другие) НА, а с него на заключительную (очередную) прицельную скрытую операцию передачи СКК по атмосферному каналу, например, в терагерцовом диапазоне на наземную (наземные) часть (части) для приема информации, отличающийся тем, что СППКИ позволяет создавать быстрый неперехватываемый СКК со временем его жизни, то есть операции передачи и временем его применения, меньше времени его расшифровки при этом сама кодированная информация может быть передана по любому открытому каналу в любые другие пункты, оснащенные соответствующей аппаратурой, на стационарные или движущиеся наземные, подземные, надводные, подводные и летательные объекты, нуждающиеся в быстрой и постоянной смене СКК; частая же смена СКК, на основании применения генератора случайных чисел (ГСЧ) устраняет возможность предательства при операции передачи информации, так как несанкционированное предоставление СКК, который действует минимально необходимое время, например, порядка 1 с и меньше и который создан автоматически с применением ГСЧ, приводит к бессмысленности такого предоставления; предоставление же принципа действия ГСЧ невозможно, так как он известен и дает непредсказуемые результаты.From the foregoing, an important conclusion follows about the inappropriateness of filing an application for a patent for SPPKI closed, because it is more expedient to sell licenses for legal use, making profit from this. In addition, it is known that it was created in one country, it will be created in others. At the same time, state and commercial interests will be respected, i.e. operational cryptographic information of each subject is guaranteed, the reliability of electronic signatures, too. Hackers can relax. The claimed solution is characterized by the following features: a method of receiving and transmitting cryptographic information via global quantum key distribution (SCRC), which contains equipment for the synthesis of a single-photon or high-dimensional hidden photon quantum key (SPCC) at some point, for example, on the ground through the operation of introduction it to the SFKK optical fiber transmission line to the point of directed covert transmission of it and from this point to the low-orbit spacecraft (HA) via a directional atmospheric channel, for example, to with a terahertz range, with the next operation of transmitting a hidden quantum key (CCM) through a highly directional channel, for example, also with a terahertz range coherent beam or an optical laser beam to another (other) HA, and from it to the final (next) targeted covert transmission operation CCM on the atmospheric channel, for example, in the terahertz band to the ground (ground) part (s) for receiving information, characterized in that the SPKI allows you to create a fast, non-intercepting CCM with its lifetime knowledge, that is, the operation of transmission and the time of its use, less than the time of its decryption, while the encoded information itself can be transmitted via any open channel to any other points equipped with the appropriate equipment, to stationary or moving ground, underground, surface, underwater and flying objects needing a quick and constant change of the CCM; the frequent change of the CCM, based on the use of a random number generator (RNG), eliminates the possibility of betrayal in the operation of transmitting information, since the unauthorized provision of the CCM, which operates for the minimum necessary time, for example, of the order of 1 s or less, and which is created automatically using the RNG, leads to the pointlessness of such a provision; providing the principle of operation of the RNG is impossible, since it is known and gives unpredictable results.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011146176/08A RU2488965C1 (en) | 2011-11-15 | 2011-11-15 | Method of receiving/transmitting cryptographic information |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011146176/08A RU2488965C1 (en) | 2011-11-15 | 2011-11-15 | Method of receiving/transmitting cryptographic information |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011146176A RU2011146176A (en) | 2013-05-20 |
RU2488965C1 true RU2488965C1 (en) | 2013-07-27 |
Family
ID=48788911
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011146176/08A RU2488965C1 (en) | 2011-11-15 | 2011-11-15 | Method of receiving/transmitting cryptographic information |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2488965C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EA025791B1 (en) * | 2014-10-06 | 2017-01-30 | Белорусский Государственный Университет (Бгу) | Method for key transmission through a fibre-optic communication line |
RU2697696C1 (en) * | 2019-01-18 | 2019-08-16 | Открытое Акционерное Общество "Информационные Технологии И Коммуникационные Системы" | Method of transmitting a message over a computer network using hardware for quantum key distribution |
RU2764458C1 (en) * | 2021-05-17 | 2022-01-17 | Акционерное Общество "Информационные Технологии И Коммуникационные Системы" | Method for distributing symmetric keys between nodes of a computer network with a quantum key distribution system |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1833009A1 (en) * | 2006-03-09 | 2007-09-12 | First Data Corporation | Secure transaction computer network |
RU2325763C2 (en) * | 2006-07-24 | 2008-05-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Таганрогский государственный радиотехнический университет" (ТРТУ) | Method of information retrieval from optical fibre channel |
US7460670B1 (en) * | 2002-12-20 | 2008-12-02 | Bbn Technologies Corp. | Systems and methods for managing quantum cryptographic networks |
RU2360367C1 (en) * | 2007-12-27 | 2009-06-27 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Концерн "Системпром" | Polarisation quantum cryptosystem |
-
2011
- 2011-11-15 RU RU2011146176/08A patent/RU2488965C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7460670B1 (en) * | 2002-12-20 | 2008-12-02 | Bbn Technologies Corp. | Systems and methods for managing quantum cryptographic networks |
EP1833009A1 (en) * | 2006-03-09 | 2007-09-12 | First Data Corporation | Secure transaction computer network |
RU2325763C2 (en) * | 2006-07-24 | 2008-05-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Таганрогский государственный радиотехнический университет" (ТРТУ) | Method of information retrieval from optical fibre channel |
RU2360367C1 (en) * | 2007-12-27 | 2009-06-27 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Концерн "Системпром" | Polarisation quantum cryptosystem |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EA025791B1 (en) * | 2014-10-06 | 2017-01-30 | Белорусский Государственный Университет (Бгу) | Method for key transmission through a fibre-optic communication line |
RU2697696C1 (en) * | 2019-01-18 | 2019-08-16 | Открытое Акционерное Общество "Информационные Технологии И Коммуникационные Системы" | Method of transmitting a message over a computer network using hardware for quantum key distribution |
RU2764458C1 (en) * | 2021-05-17 | 2022-01-17 | Акционерное Общество "Информационные Технологии И Коммуникационные Системы" | Method for distributing symmetric keys between nodes of a computer network with a quantum key distribution system |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2011146176A (en) | 2013-05-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Bedington et al. | Progress in satellite quantum key distribution | |
Dai et al. | Towards satellite-based quantum-secure time transfer | |
Pugh et al. | Airborne demonstration of a quantum key distribution receiver payload | |
Diamanti et al. | Practical challenges in quantum key distribution | |
Nauerth et al. | Air-to-ground quantum communication | |
US7945168B2 (en) | Free-space quantum communications system and process operative absent line-of-sight | |
Jennewein et al. | QEYSSAT: a mission proposal for a quantum receiver in space | |
Sharma et al. | Analysis of atmospheric effects on satellite-based quantum communication: a comparative study | |
Bykovsky et al. | Quantum cryptography and combined schemes of quantum cryptography communication networks | |
Trinh et al. | Statistical verifications and deep-learning predictions for satellite-to-ground quantum atmospheric channels | |
RU2488965C1 (en) | Method of receiving/transmitting cryptographic information | |
Neumann et al. | Quantum communication for military applications | |
Scott et al. | The QEYSSAT mission: on-orbit demonstration of secure optical communications network technologies | |
Wang et al. | An overview on deployment strategies for global quantum key distribution networks | |
Ghalaii et al. | Satellite-based quantum key distribution in the presence of bypass channels | |
Kasliwal et al. | Enhancing satellite‐to‐ground communication using quantum key distribution | |
Al-Hraishawi et al. | Characterizing and utilizing the interplay between quantum technologies and non-terrestrial networks | |
Orsucci et al. | Assessment of practical satellite quantum key distribution architectures for current and near-future missions | |
Schmitt-Manderbach | Long distance free-space quantum key distribution | |
Bisztray et al. | The evolution of free-space quantum key distribution | |
US20240097794A1 (en) | Quantum key distribution systems and associated methods | |
Vu et al. | Design of Satellite-Based FSO/QKD Systems Using GEO/LEOs for Multiple Wireless Users | |
Ghalaii et al. | Realistic threat models for satellite-based quantum key distribution | |
Carrasco-Casado et al. | QKD from a microsatellite: the SOTA experience | |
Wang et al. | A guide to the deployment of global quantum key distribution networks |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151116 |