?
Создание уязвимостей в системах квантового распределения ключей в результате атаки импульсным лазером
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 спектральноселективные 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.