Меню
Публикации
2024
2023
2022
2021
2020
2019
2018
2017
2016
2015
2014
2013
2012
2011
2010
2009
2008
2007
2006
2005
2004
2003
2002
2001
Главный редактор
![](/pic/nikiforov.jpg)
НИКИФОРОВ
Владимир Олегович
д.т.н., профессор
Партнеры
doi: 10.17586/2226-1494-2021-21-6-837-847
УДК 004.056.5, 535.8
Создание уязвимостей в системах квантового распределения ключей в результате атаки импульсным лазером
Читать статью полностью
![](/images/pdf.png)
Язык статьи - русский
Ссылка для цитирования:
Аннотация
Ссылка для цитирования:
Ружицкая Д.Д., Жлуктова И.В., Петров М.А., Зайцев К.А., Ачева П.П., Зуников Н.А., Шилько А.В., Актас Д., Джолингер Ф., Трефилов Д.О., Поносова А.А., Камынин В.А., Макаров В.В. Создание уязвимостей в системах квантового распределения ключей в результате атаки импульсным лазером // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2021. Т. 21, № 6. С. 837–847. doi: 10.17586/2226-1494-2021-21-6-837-847
Аннотация
Предмет исследования. Протоколы квантовой коммуникации считаются безопасными при условии, что все входящие в систему устройства полностью охарактеризованы, а побочные каналы закрыты. Однако в результате воздействия лазерного излучения возможно изменение характеристик компонентов систем квантовой коммуникации, что приводит к появлению уязвимостей в системе квантового распределения ключей. В работе рассмотрено влияние импульсного лазерного излучения на волоконно-оптические изоляторы, применяемые в системах квантовых коммуникаций. Изоляторы защищают источник системы от атакующего оптического излучения, который приходит от «подслушивающей» стороны по квантовому каналу. Снижение коэффициента изоляции может вывести всю систему из безопасного состояния, и злоумышленник сможет получить доступ к информации о секретном ключе. Метод. Выполнена имитация сценария наиболее вероятной атаки на источник системы квантового распределения ключей импульсным лазером. Экспериментальная установка воздействует на волоконные изоляторы импульсным лазерным излучением в четырех режимах генерации импульсов на длине волны 1064 нм (в пределах окна прозрачности изоляторов) со средней мощностью до 840 мВт. Проведен контроль коэффициента изоляции и пропускной способности с использованием лазерного диода с длиной волны 1550 нм и средней мощностью 10,5 мВт. Для разделения используемых лазеров применены спектрально-селективные разветвители. Основные результаты. Показано, что коэффициент изоляции в направлении из квантового канала в систему на длине волны 1550 нм снижается с исходного значения 59,1 дБ до 24,5 дБ. Пропускная способность в направлении из системы в квантовый канал на этой же длине волны уменьшается с 0,6 дБ до 1,2–12,3 дБ или не изменяется, в зависимости от параметров импульсного лазерного излучения. Мониторинг температуры показал, что при воздействии импульсным излучением температура корпуса изолятора изменяется незначительно. Полученные эффекты изменения коэффициента изоляции и пропускной способности могут быть объяснены наличием нелинейных эффектов в магнитооптическом кристалле изолятора. Практическая значимость. Результаты работы найдут применение при практической оценке безопасности систем квантовой коммуникации – оценки безопасности систем квантового распределения ключа. Результат может быть использован при составлении стандартов сертификационных процедур оценки безопасности систем квантовой связи. Работа содержит рекомендации по усилению безопасности блока источника сигнала в системах квантовой коммуникации. В качестве контрмер по защите от воздействия импульсного лазерного излучения предложено использовать оптические предохранители с заданной предельной пороговой мощностью, детекторы для мониторинга входной мощности оптического излучения и узкополосные оптические фильтры на входе в систему квантовой коммуникации.
Ключевые слова: квантовая связь, квантовая коммуникация, квантовая криптография, уязвимости систем квантовой связи, атака лазерным повреждением, импульсный лазер
Благодарности. Работы проведены при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации, соглашение № 075-11-2021-078 от 29.09.2021.
Список литературы
Благодарности. Работы проведены при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации, соглашение № 075-11-2021-078 от 29.09.2021.
Список литературы
-
Bennett C.H., Brassard G. Quantum cryptography: Public key distribution and coin tossing // Theoretical Computer Science. 2014. V. 560. Part 1. P. 7–11. https://doi.org/10.1016/j.tcs.2014.05.025
-
Scarani V., Bechmann-Pasquinucci H., Cerf N.J., Dušek M., Lütkenhaus N., Peev M. The security of practical quantum key distribution // Reviews of Modern Physics. 2009. V. 81. N 3. P. 1301–1350. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.81.1301
-
Lo H.-K., Curty M., Tamaki K. Secure quantum key distribution // Nature Photonics. 2014. V. 8. N 8. P. 595–604. https://doi.org/10.1038/nphoton.2014.149
-
Wiechers C., Lydersen L., Wittmann C., Elser D., Skaar J., Marquardt C., Makarov V., Leuchs G. After-gate attack on a quantum cryptosystem // New Journal of Physics. 2011. V. 13. N 1. P. 013043. https://doi.org/10.1088/1367-2630/13/1/013043
-
Bugge A.N., Sauge S., Ghazali A.M.M., Skaar J., Lydersen L., Makarov V. Laser damage helps the eavesdropper in quantum cryptography // Physical Review Letters. 2014. V. 112. N 7. P. 070503. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.112.070503
-
Pang X.-L., Yang A.-L., Zhang C.-N., Dou J.-P., Li H., Gao J., Jin X.-M. Hacking quantum key distribution via injection locking // Physical Review Applied. 2020. V. 13. N 3. P. 034008. https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.13.034008
-
Sun S.-H., Xu F., Jiang M.-S., Ma X.-C., Lo H.-K., Liang L.-M. Effect of source tampering in the security of quantum cryptography // Physical Review A. 2015. V. 92. N 2. P. 022304. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.92.022304
-
Jain N., Anisimova E., Khan I., Makarov V., Marquardt C., Leuchs G. Trojan-horse attacks threaten the security of practical quantum cryptography // New Journal of Physics. 2014. V. 16. N 12. P. 123030. https://doi.org/10.1088/1367-2630/16/12/123030
-
Huang A., Navarrete Á., Sun S.-H., Chaiwongkhot P., Curty M., Makarov V. Laser-seeding attack in quantum key distribution // Physical Review Applied. 2019. V. 12. N 6. P. 064043. https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.12.064043
-
Tan H., Li W., Zhang L., Wei K., Xu F. Chip-based quantum key distribution against trojan-horse attack // Physical Review Applied. 2021. V. 15. N 6. P. 064038. https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.15.064038
-
Makarov V., Bourgoin J.-P., Chaiwongkhot P., Gagné M., Jennewein T., Kaiser S., Kashyap R., Legré M., Minshull C., Sajeed S. Creation of backdoors in quantum communications via laser damage // Physical Review A. 2016. V. 94. N 3. P. 030302. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.94.030302
-
Huang A., Li R., Egorov V., Tchouragoulov S., Kumar K., Makarov V. Laser-damage attack against optical attenuators in quantum key distribution // Physical Review Applied. 2020. V. 13. N 3. P. 034017. https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.13.034017
-
Ponosova A., Ruzhitskaya D., Chaiwongkhot P., Egorov V., Makarov V., Huang A. Isolation reduction of quantum cryptography systems induced by continuous-wave high-power laser [Электронный ресурс]. URL: http://qutes.org/wp-content/uploads/2020/02/PonosovaAA.pdf, свободный. Яз. англ. (дата обращения: 20.10.2021).
-
Ruzhitskaya D., Ponosova A., Jöhlinger F., Chaiwongkhot P., Egorov V., Aktas D., Rarity J.G., Erven C., Makarov V., Huang A. Protecting QKD sources against light-injection attacks [Электронный ресурс]. URL: http://www.vad1.com/publications/ruzhitskaya2020.QCrypt-subm43.pdf, свободный. Яз. англ. (дата обращения: 20.10.2021).
-
Wood R.M. Laser-Induced Damage of Optical Materials. CRC Press, 2003. 241 p.
-
Vojna D., Slezăk O., Lucianetti A., Mocek T. Verdet constant of magneto-active materials developed for high-power Faraday devices // Applied Sciences. 2019. V. 9. N 15. P. 3160. https://doi.org/10.3390/app9153160
-
Hui R., O’Sullivan M. Fiber Optic Measurement Techniques. Academic Press, 2009. 672 p.
-
Smith A.V., Do B.T. Bulk and surface laser damage of silica by picosecond and nanosecond pulses at 1064 nm // Applied Optics. 2008. V. 47. N 26. P. 4812–4832. https://doi.org/10.1364/AO.47.004812
-
Hadley G.R. High-power pulse propagation in optical fibers // OFC/NFOEC 2008 - 2008 Conference on Optical Fiber Communication/National Fiber Optic Engineers Conference. 2008. P. 4528567. https://doi.org/10.1109/OFC.2008.4528567
-
Lamaignère L., Gaudfrin K., Donval T., Natoli J., Sajer J.-M., Penninckx D., Courchinoux R., Diaz R. Laser-induced damage of fused silica optics at 355 nm due to backward stimulated Brillouin scattering: experimental and theoretical results // Optics Express. 2018. V. 26. N 9. P. 11744–11755. https://doi.org/10.1364/OE.26.011744
-
Smith A.V., Do B.T., Hadley G.R., Farrow R.L. Optical damage limits to pulse energy from fibers // IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 2009. V. 15. N 1. P. 153–159. https://doi.org/10.1109/JSTQE.2008.2010331
-
Zhluktova I.V., Filatova S.A., Trikshev A.I., Kamynin V.A., Tsvetkov V.B. All-fiber 1125 nm spectrally selected subnanosecond source // Applied Optics. 2020. V. 59. N 29. P. 9081–9086. https://doi.org/10.1364/AO.401668