Полiт.ua Государственная сеть Государственные люди Войти
14 декабря 2017, четверг, 13:33
Facebook Twitter LiveJournal VK.com RSS

НОВОСТИ

СТАТЬИ

АВТОРЫ

ЛЕКЦИИ

PRO SCIENCE

СКОЛКОВО

РЕГИОНЫ

25 августа 2009, 15:26

Криптография по Ласло Кишу

Знание — сила

Еще в 1928 году сотрудники Лаборатории Белла Гарри Найквист и Джон Джонсон открыли эффект теплового шума. Шумы присутствуют в любом электронном приборе и могут быть серьезной помехой измерениям, поэтому традиционно их стараются сократить до минимума. Однако недавно американский физик Ласло Киш взглянул на тепловой шум с иной точки зрения, предложив использовать его для передачи шифрованных сообщений. При помощи шума в каналах связи кодируется сигнал, передаваемый по этим каналам, и потенциальному шпиону не удается усслышать ничего, кроме обычных помех. Борис Булюбаш в своей статье рассказывает об идее Ласло Киша и подробно описывает его методику шифрования, а также приводит комментарии экспертов. Статья опубликована в журнале «Знание-сила» (2009. № 7).

Принцип неопределенности Гейзенберга является, как известно, одним из базовых принципов квантовой теории. Именно он определяет «естественные пределы измерений» в физике, запрещая точное определение одновременно и координаты, и импульса элементарной частицы. Что же касается таких вполне «макроскопических» величин, как напряжение и сила тока, то точность их определения, казалось бы, ограничивается только «качеством» измерительного прибора – вольтметра или амперметра. Как учат нас в школе, зная сопротивление участка цепи и силу протекающего в цепи тока, мы, обратившись к закону Ома, легко можем определить также и напряжение на этом участке. В частности, в случае нулевого тока напряжение в цепи также будет отсутствовать.

Однако  еще в 1928 году Гарри Найквист и Джон Джонсон, разрабатывавшие первые электронные приборы в знаменитой Bell’s Laboratory, открыли эффект теплового шума. Эффект Найквиста — Джонсона состоит в том, что даже в отсутствие электрического тока в проводнике существуют флуктуации напряжения, вызванные хаотическими тепловыми движениями электронов. Расчеты показали, что флуктуации напряжения определяются сопротивлением участка цепи и его температурой. Естественно, что тепловые шумы присутствуют в любом электронном приборе. Однако в телевизоре мощность таких шумов пренебрежимо мала (десятые доли пиковатта), в случае же слабых сигналов тепловой шум может стать весьма серьезной помехой измерениям, а потому электронщики стремятся снизить его уровень до минимально возможного.

Именно  такой работой занимались в 1964 году радиоастрономы все той же Bell’s Laboratory Роберт Уилсон и Арно Пензиас. Наблюдая радиоизлучение одного из звездных объектов в созвездии Кассиопеи, они безуспешно пытались избавиться от фонового шума в своем радиотелескопе. Решение проблемы было неожиданным… Совершенно случайно Пензиас узнал о гипотезе реликтового излучения — пронизывающего космическое пространство излучения Большого Взрыва, остывшего до крайне низкой температуры за миллиарды лет существования Вселенной. Проведя совместно с Уилсоном необходимые измерения, он убедился, что столь досаждавший им шум свидетельствовал, что радиотелескоп регистрирует реликтовое излучение. В итоге умение увидеть проблему теплового шума с иной точки зрения принесло Пензиасу и Уилсону Нобелевскую премию по физике в 1978 году; они были удостоены ее за «открытие космического микроволнового фонового излучения».

Американский физик Ласло Киш также взглянул на тепловой шум с иной точки зрения, предложив использовать эффект Найквиста – Джонсона для… передачи шифрованных сообщений. Методика шифрования «по Кишу» выглядит следующим образом. Алиса и Боб – традиционные персонажи рассказов о шифровальных схемах, – находясь на противоположных концах линии передачи, имеют в своем распоряжении два одинаковых комплекта, в каждом из которых два резистора: один – с маленьким сопротивлением и один – с большим. Предположим, что и Алиса, и Боб подключают к линии передачи один резистор из двух, подсоединяя один конец резистора к линии передачи, а другой – к Земле (каждый раз они выбирают резистор случайным образом и независимо друг от друга).

Вслед за этим Алиса и Боб измеряют уровень теплового шума в линии. Согласно теории вероятности, в среднем в одном случае из четырех они оба выберут резисторы с большим сопротивлением (и зафиксируют максимальный уровень теплового шума). Точно так же с вероятностью ¼ оба они выберут резисторы с маленьким сопротивлением (и соответственно зафиксируют минимальный уровень теплового шума). И наконец, с вероятностью ½ они выберут разные резисторы (большой – у Боба, маленький – у Алисы либо наоборот), а уровень шума в линии передачи будет в этом случае промежуточным. Таким образом, если Боб выбрал большой резистор и обнаружил в линии промежуточный уровень теплового шума, он с полным на то основанием делает вывод, что Алиса выбрала маленький резистор. Фактически это означает, что в результате измерения Боб и Алиса обменялись одним битом информации. При этом заранее — до сеанса связи — они договариваются, какому набору резисторов сопоставить «1», а какому – «0». Например, выбор Бобом большого резистора при регистрации им промежуточного уровня теплового шума может означать 1, а выбор маленького резистора (при том же уровне шума) соответствует 0. В итоге Алиса и Боб располагают идентичными – и кроме них, никому не известными – последовательностями нулей и единиц. Именно эти последовательности могут стать шифрами для их последующей переписки.

Потенциальный шпион (обычно именуемый Евой) может, конечно, подключиться к линии связи и измерить уровень теплового шума. Однако Еве не удастся установить тот факт, что по линии передается информация. Даже если ей станет известно, что Алиса и Боб создают совместными усилиями секретный код, выяснить, какой именно резистор выбрала Алиса, а какой Боб, невозможно. А следовательно, невозможно установить, ноль или единица скрывается за переданным по линии битом информации. Более того, подключившись к линии передачи, Ева повысит уровень теплового шума, и герои нашего мысленного эксперимента немедленно поймут, что за ними следят.

Как сообщает журнал New Scientist, идеи Ласло Киша вызвали большой интерес – не в последнюю очередь потому, что они разрушают монополию квантовой криптографии. Напомним, что в устройствах квантовой криптографии информация передается посредством одиночных фотонов различной поляризации – как правило, с использованием оптоволоконных линий связи. Потенциальный шпион, перехватывая фотоны и измеряя их параметры, неизбежно — в силу особенностей квантового измерения — меняет эти характеристики. А, следовательно, присутствие шпиона может быть легко установлено.

На  каком уровне находится реализация идей Ласло Киша? Уже изготовлено устройство, которое позволит отправлять секретные сообщения по линии длиной в 2000 километров, в то время как квантовая криптография используется для линий протяженностью не более нескольких сотен километров. Согласно оценкам самого Киша, стоимость будущей установки не превысит нескольких сотен долларов. Весьма важно при этом, что новый метод шифровки, в отличие от квантовой криптографии, допускает использование обычных линий связи, в то время как квантовая криптография предполагает обычно использование существенно более дорогого оптоволокна. Добавим к этому, что устройства квантовой криптографии уязвимы к воздействию пыли (если связь осуществляется с помощью лазера) и температурным колебаниям.

Рассказывая об идее Ласло Киша, журнал New Scientist приводит точки зрения экспертов. Брюс Шнейер, основатель фирмы BT Counterpane, занимающейся бизнесом в сфере сетевой безопасности, считает, что к идее Киша «следует отнестись серьезно», и замечает, что был поражен ее простотой, еще когда впервые услышал о ней. В то же время другой эксперт, Вестон Тью, работающий в Национальном институте стандартов и технологии, считает, что реализация метода для линий передачи большой протяженности может столкнуться с проблемами. А Янош Бергу, физик-теоретик из Нью-Йоркского городского университета, замечает, что если провод сам по себе обладает заметным сопротивлением, то флуктуации будут несколько выше на том его конце, где выбран большой резистор, — обстоятельство, которое может использовать потенциальный шпион. Напоминая об этом, Бергу, однако, замечает: «Я верю в красивые и простые идеи. И это – одна из них».

Обсудите в соцсетях

Система Orphus
Loading...

Главные новости

13:25 Путин рассказал о подготовке к ЧМ-2018
13:23 Биологи ищут устойчивые к опасному вредителю растения
13:22 Путин опроверг готовое решение вопроса о повышении пенсионного возраста
13:20 Путин связал допинговый скандал с грядущими выборами в РФ
13:15 Прокуратура проверит cведения о VIP-камерах в «Матросской тишине»
13:11 В ЦИК назвали самовыдвижение знаком доверия к избирателям
13:05 Путин отказался признавать военные расходы страны избыточными
13:04 Путин предложил расширить налоговые льготы собственникам имущества
12:58 Президент РФ рассказал о выполнении майских указов
12:58 Американские СМИ обвинили Россию в подготовке к ядерной войне
12:54 Путин рассказал о развитии Арктики
12:48 ЕР пообещала поддержку самовыдвиженцу Путину
12:46 Путин предложил сфере контроля за бизнесом ротацию кадров по типу военной системы
12:45 Путин рассказал о росте экономики без приписок
12:41 В Германии оценили убытки от антироссийских санкций
12:32 ЛДПР потребовала от Пескова не унижать народ заявлениями о конкурентах Путина
12:28 Путин объяснил отсутствие в стране конкурентоспособной оппозиции
12:26 Путин рассказал о своем выдвижении
12:26 Московский арбитраж отказал Siemens в возврате крымских турбин
12:16 «Билайн» начал выполнять требования по отмене роуминга с Крыма
12:16 Путин назвал цель своего участия в выборах
12:08 Владимир Путин начал большую пресс-конференцию
12:00 Бомбардировщики Су-34 вернулись из Сирии в РФ
11:59 Капитализация всех криптовалют перевалила за 500 млрд долларов
11:48 Экипаж МКС благополучно вернулся на Землю
11:40 Саакашвили признался в желании вернуться в Одессу мэром
11:39 На Гайдаровском форуме в РАНХиГС выступят ведущие мировые историки и россиеведы
11:37 Собчак анонсировала приготовленные для Путина вопросы
11:28 МВД отказалось принимать экзамены на права на российских компьютерах
11:24 СМИ анонсировали отказ Сергея Миронова баллотироваться в президенты
11:21 Дума приняла закон о пожизненном наказании за вербовку террористов
11:04 Минтранс назвал день подписания меморандума о возобновлении полетов в Египет
10:47 В России впервые за десять лет упал объем снятия денег с карт
10:44 В Госдуме предложили ввести 12-летнее обучение в школе
10:20 СМИ узнали о работе Путина каскадером в кино в 70-е годы
10:13 Астрономы сфотографировали «звездные ясли»
10:13 Песков объяснил невыгодность снятия санкций для «наших селян»
10:00 Песков объяснил информационную войну против России
09:54 Промсвязьбанк опроверг требование ЦБ найти 100 млрд рублей резервов
09:40 В США заявили о неподходящем времени для переговоров с КНДР
09:31 Защитники Telegram попросили ООН защитить его от ФСБ
09:15 Опрошенные политтехнологи ждут протестов после выборов президента РФ
08:52 Робби Уильямс объяснил отмену тура в России патологией мозга
08:48 Трамп анонсировал самое масштабное сокращение налогов
08:30 Генпрокурор Украины отверг подозрения в подготовке госпереворота Саакашвили
08:25 В Канаде упал самолет с 22 пассажирами на борту
08:08 Израиль на неопределенный срок закрыл границу с сектором Газа
08:04 СМИ узнали о формировании инициативной группы по выдвижению Путина
07:39 Песков не нашел достойных соперников Путину
07:36 ФРС повысила базовую ставку‍
Apple Boeing Facebook Google IT NATO PRO SCIENCE видео ProScience Театр Pussy Riot Twitter аварии на железной дороге авиакатастрофа Австралия Австрия автопром администрация президента Азербайджан акции протеста Александр Лукашенко Алексей Кудрин Алексей Навальный Алексей Улюкаев алкоголь амнистия Анатолий Сердюков Ангела Меркель Антимайдан Армения армия Арсений Яценюк археология астрономия атомная энергия аукционы Афганистан Аэрофлот баллистические ракеты банковский сектор банкротство Барак Обама Башар Асад Башкирия беженцы Белоруссия Белый дом Бельгия беспорядки бизнес биология ближневосточный конфликт бокс болельщики «болотное дело» большой теннис Борис Немцов Бразилия ВВП Великая Отечественная война Великобритания Венесуэла Верховная Рада Верховный суд взрыв взятка видеозаписи публичных лекций «Полит.ру» видео «Полит.ру» визовый режим Виктор Янукович вирусы Виталий Мутко «ВКонтакте» ВКС Владивосток Владимир Жириновский Владимир Маркин Владимир Мединский Владимир Путин ВМФ военная авиация Волгоград ВТБ Вторая мировая война вузы выборы выборы губернаторов выборы мэра Москвы газовая промышленность «Газпром» генетика Генпрокуратура Германия ГИБДД ГЛОНАСС Голливуд гомосексуализм госбюджет Госдеп Госдума госзакупки гражданская авиация Греция Гринпис Грузия гуманитарная помощь гуманитарные и социальные науки Дагестан Дальний Восток деньги День Победы дети Дмитрий Медведев Дмитрий Песков Дмитрий Рогозин доллар Домодедово Дональд Трамп Донецк допинг дороги России драка ДТП Евгения Васильева евро Евровидение Еврокомиссия Евромайдан Евросоюз Египет ЕГЭ «Единая Россия» Екатеринбург ЕСПЧ естественные и точные науки ЖКХ журналисты Забайкальский край закон об «иностранных агентах» законотворчество здравоохранение в России землетрясение «Зенит» Израиль Индия Индонезия инновации Интервью ученых интернет инфляция Ирак Ирак после войны Иран Иркутская область искусство ислам «Исламское государство» Испания история История человечества Италия Йемен Казань Казахстан казнь Калининград Камчатка Канада Киев кино Киргизия Китай Климат Земли, атмосферные явления КНДР Книга. Знание Компьютеры, программное обеспечение кораблекрушение коррупция космодром Восточный космос КПРФ кража Краснодарский край Красноярский край кредиты Кремль крушение вертолета Крым крымский кризис Куба культура Латвия ЛГБТ ЛДПР Левада-Центр легкая атлетика лесные пожары Ливия лингвистика Литва литература Лондон Луганск Малайзия МВД МВФ медиа медицина междисциплинарные исследования Мексика Мемория метро мигранты МИД России Минздрав Минкомсвязи Минкульт Минобороны Минобрнауки Минтранспорта Минтруд Минфин Минэкономразвития Минюст мировой экономический кризис «Мистраль» Михаил Саакашвили Михаил Ходорковский МКС Молдавия Мосгорсуд Москва Московская область мошенничество музыка МЧС наводнение Надежда Савченко налоги нанотехнологии наркотики НАСА наука Наука в современной России «Нафтогаз Украины» недвижимость некоммерческие организации некролог Нерусский бунт нефть Нигерия Нидерланды Нобелевская премия Новосибирск Новые технологии, инновации Новый год Норвегия Нью-Йорк «Оборонсервис» образование обрушение ОБСЕ общественный транспорт общество ограбление Одесса Олимпийские игры ООН оппозиция опросы оружие отставки-назначения Пакистан палеонтология Палестинская автономия Папа Римский Париж ПДД педофилия пенсионная реформа Пентагон Петр Порошенко пищевая промышленность погранвойска пожар полиция Польша похищение права человека правительство Право правозащитное движение «Правый сектор» преступления полицейских преступность Приморский край происшествия публичные лекции Рамзан Кадыров РАН Революция в Киргизии Реджеп Эрдоган рейтинги религия Реформа армии РЖД ритейл Роскомнадзор Роскосмос Роспотребнадзор Россельхознадзор Российская академия наук Россия Ростов-на-Дону Ростовская область РПЦ рубль русские националисты РФС Санкт-Петербург санкции Саудовская Аравия Сахалин Сбербанк Свердловская область связь связь и телекоммуникации Севастополь сельское хозяйство сепаратизм Сербия Сергей Лавров Сергей Собянин Сергей Шойгу Сирия Сколково Славянск Следственный комитет следствие смартфоны СМИ Совбез ООН Совет по правам человека Совет Федерации сотовая связь социальные сети социология Социология в России Сочи Сочи 2014 «Спартак» спецслужбы «Справедливая Россия» спутники СССР Ставропольский край стихийные бедствия Стихотворения на случай страхование стрельба строительство суды суицид США Таджикистан Таиланд Татарстан театр телевидение телефонный терроризм теракт терроризм технологии транспорт туризм Турция тюрьмы и колонии убийство УЕФА Украина Условия труда ФАС Федеральная миграционная служба физика Филиппины Финляндия ФИФА фондовая биржа фоторепортаж Франсуа Олланд Франция ФСБ ФСИН ФСКН футбол Хабаровский край хакеры Харьков Хиллари Клинтон химическое оружие хоккей хулиганство Центробанк ЦИК Цикл бесед "Взрослые люди" ЦСКА Челябинская область Чехия Чечня ЧМ-2018 шахты Швейцария Швеция школа шоу-бизнес шпионаж Эбола Эдвард Сноуден экология экономика экономический кризис экстремизм Эстония Южная Корея ЮКОС Юлия Тимошенко ядерное оружие Япония

Редакция

Электронная почта: politru.edit1@gmail.com
Адрес: 129090, г. Москва, Проспект Мира, дом 19, стр.1, пом.1, ком.5
Телефон: +7 495 980 1894.
Яндекс.Метрика
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003г. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2014.