A világ első feltörhetetlen számítógéphálózata kvantumtitkosítással

Ausztriában egy nemzetközi konferenciához kapcsolódva bemutatták a világ első olyan számítógéphálózatát, amelyet feltörhetetlen kvantumtitkosítás véd. A hálózat hat helyszínt köt össze Bécsben, illetve Sankt Pöltenben. Az összeköttetést mintegy 200 kilométer optikai kábellel oldották meg. A kvantumkriptográfia alapja egy kvantumfizikai jelenség: kvantuminformációt csak az információ megzavarásával lehet megmérni.

Irdatlanul nagy szorzatok

A ma legkorszerűbb és gyakorlatilag feltörhetetlen "hagyományos" titkosítási módszereknél más kulcsot használnak a titkosításhoz és mást a megfejtéshez. A kódolt üzenet lényegében az eredeti üzenet és a kulcs szorzata; a feltöréshez meg kell találni a szorzat tényezőit, a prímszámokat. A módszer hatékonysága abban rejlik, hogy a nagy számok szorzataként előálló, tizedesrendszerben is akár több száz számjegyből álló nagy számokról nehezen állapítható meg, hogy valójában szorzatok-e, és milyen számok szorzataként állították elő őket. Ezért is érdeklik annyira a kriptográfia szakértőit a prímszámok elméletében elért új eredmények.

Ma már olyan nagy számokkal is kódolnak, amelyeket szakértők szerint bolygónk összes számítógépével sem lehetne a Világegyetem eddigi koránál (körülbelül 14 milliárd év) rövidebb idő alatt feltörni. A csak milliárd évek alatt feltörhető kód gyakorlati szempontból tökéletesen biztos. Akár abba is lehetne hagyni a titkosítás további fejlesztését, új módszerek keresését. Többekben él azonban az aggodalom, hogy egyszer találnak majd egy egyszerű módszert a nagy számok szorzótényezőkre bontására, és akkor értéktelenné válik a ma tökéletesnek tűnő megoldás.

Kvantumkriptográfia és teleportálás

A kvantumkriptográfia egyelőre csak a problémakör egyetlen elemére kínál minden eddiginél tökéletesebb megoldást: a kulcs továbbítására. Nem zárja ki a kulcs illetéktelen kezekbe kerülését, viszont abszolút biztosan jelzi, ha a kulcsot útközben, továbbítás közben valaki megnézte, elolvasta. A kulcs leírását a fotonok kvantumállapota hordozza, például a 0 bitnek a függőlegesen polarizált, az 1 bitnek a vízszintesen polarizált állapot felel meg. Az információ a fotonok egymásutánjának időzítésével is kódolható.

A kvantumkriptográfia lehetőségét negyedszázada vetette fel Charles Bennett (IBM) és Gilles Brassard (Montreali Egyetem). Anton Zeilinger és a munkatársai valósítottak meg először kvantuminformáció-továbbítást az Innsbrucki Egyetemen tíz évvel ezelőtt. Munkájukat rendszerint teleportálás néven említik, ahol két, egymással összecsatolódott fotonnal továbbították az információt. Az egyik foton polarizációját megmérve a fotont határozott polarizációs állapotba vitték, amivel párhuzamosan a közben távolra került párja - a kvantumfizika törvényeinek engedelmeskedve - vele ellentétes állapotot vett fel. Vagyis a kvantumállapotot teleportálták, eljuttatták a távolba. Ez a távolság meglehetősen kicsi volt az első kísérletekben. A jelenség jobb megismerése, a kísérleti technikák fejlődése mára a száz kilométeres távolság áthidalását is lehetővé tette.

A leolvasás megváltoztatja a kulcsot

Ha útközben valaki a fotonok útjába helyezett műszerével kiolvasná az információt, képtelen lenne lemásolni és újra útjára indítani az üzenetet. Az információ kiolvasásakor ugyanis megváltozik a foton kvantumállapota, tehát más információt vinne tovább, ha egyáltalán tovább tudnák küldeni. A fotonok hordozta kulcsinformációt így elvileg meg lehetne szerezni, de erről a címzett azonnal értesülne, mert hozzá már rossz, használhatatlan kulcs érkezne. Csak a zavartalanul, közbenső beavatkozás nélkül beérkező kulcsot használnák.

Osztrák kutatók most arról számoltak be, hogy igazolták a rendszer működőképességét: valóban zavarossá válik a jel a célállomáson, ha útközben valaki megpróbálja kimérni ("lehallgatni") az információhordozó fotonokat. A rendszer megbízhatóságát is igazolták: ha két pont között valamilyen okból megszakadt a kapcsolat, akkor a rendszer automatikusan más pályán küldte tovább a jeleket, ugyanúgy, ahogy az internet- vagy telefonhálózatban teszik (a folyamatos működés alapvetően fontos az első felhasználóként szóbajövő biztosítók és bankok számára). Az osztrák kutatók ezzel létrehozták a világ első olyan számítógéphálózatát, amelyet feltörhetetlen kvantumtitkosítás véd. A hálózat hat helyszínt köt össze Bécsben, illetve Sankt Pöltenben. Munkájukat az Európai Unió finanszírozta.

A fotonok útjába tehát nem kerülhet megszakító akadály. Ez egyben korlátozza is a kvantumtitkosítás felhasználhatóságát. A szárazföldi vagy tengeralatti optikai kábeleket ugyanis helyenként erősítők, jelismétlők szakítják meg, hogy ellensúlyozzák a jel természetes gyengülését. Kvantumtechnikával csak az első erősítőig küldhető információ, tovább nem. Ez gyakorlatilag a nagyvárosokra korlátozza a lehetőségeket.