Уязвимости реализаций систем квантовой криптографии

Научное обозрение. 2020. Т. 3. С. 30–35.

Смирнов И. А., Короченцев Д. А., Черкесова Л. В., Караммаев М. М., Топорков С. Е.

Авторами рассмотрены уязвимости систем квантовой криптографии и квантового распределения
ключей. Несмотря на надёжность самой квантовой линии связи, направлением успешной атаки злоумыш-
ленника становится программное обеспечение, осуществляющее передачу данных, или уязвимости про-
граммно–аппаратной реализации систем квантового распределения ключей. Для отечественного примене-
ния квантовых технологий возможно использование российских сертифицированных систем шифрования
(«Кузнечик», ГОСТ 34.12–2015, или «Магма», ГОСТ 28147–89), что способствует развитию государствен-
ной политики импортозамещения. Описаны разновидности когерентных и некогерентных кибератак, осно-
ванных на перехвате и переотправке фотонов, на перепутывании квантовых проб и др. Рассмотрена атака
ослепления однофотонного детектора получателя и возможная защита от неё, связанная с установкой перед
детектором источника единичных фотонов, срабатывающего в случайные моменты времени. Проанализиро-
вана атака разделения фотонов и защита от неё, связанная с использованием идеальных источников фотонов
или с модификацией квантового протокола BB84. Изучена возможность хакера заменить квантовый канал
с потерями – на канал без потерь, что позволит злоумышленнику получить информацию о ключе, успешно
считывая все передаваемые данные и не внося ошибок. На практике следует применять только квантовые
каналы с высоким коэффициентом передачи, что позволит избежать успешного применения такой атаки.
Исследована атака типа «квантовый троян», заключающаяся в отправке получателю яркого светового луча
и дальнейшем анализе возвращённого луча. Данная атака способна восстановить ключ, и для защиты от
неё следует установить монитор–детектор, который случайным образом перенаправляет часть входящих
сигналов на детектор получателя. Эффективным решением является постоянное наблюдение за лавинными
светодиодами получателя в реальном времени. Несмотря на кажущееся совершенство, на практике имеется
множество уязвимостей, дыр и брешей в структуре самого канала связи, что не гарантирует защиту пере-
даваемых данных от атак злоумышленников.

Ключевые слова: импортозамещение, квантовая криптография, import substitution, quantum cryptography, quantum communication lines, coherent and incoherent cyber-attacks, detector blinding attack, photon separation attack, attack of quantum channel replacement, квантовые линии связи, когерентные и некогерентные кибератаки, атака с ослеплением детектора, атака разделения фотонов, атака замены квантового канала