28 ноября 2020, суббота, 15:46
VK.comFacebookTwitterTelegramInstagramYouTubeЯндекс.ДзенОдноклассники

НОВОСТИ

СТАТЬИ

PRO SCIENCE

МЕДЛЕННОЕ ЧТЕНИЕ

ЛЕКЦИИ

АВТОРЫ

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

Главные новости

15:23 В Хабаровске прошла 141 подряд акция в поддержку Фургала. Администрация уверяла, что митинги по выходным кончились
14:47 Роскомнадзор попросил отечественные IT-компании создать аналог YouTube
14:16 Дзюбе вернули капитанскую повязку — впервые после публикации его интимного видео
12:47 Кудрин: число бедных в России увеличится на 1 млн по итогам 2020 года
12:04 В Москве задержали участниц пикета против домашнего насилия. Их держат в автозаке более 10 часов
11:19 Умер клавишник группы «Дюна» Андрей Апухтин
10:42 В России второй день подряд зарегистрировали более 27 тыс. новых случаев COVID-19
10:23 Во всем мире коронавирусом заразились более 61 млн человек
09:54 1 млн жителей России получили штрафы за нарушение коронавирусных ограничений
09:32 В Аргентине начато расследование смерти Марадоны. Медсестру подозревают в халатности
27.11 21:54 Глава нижегородского Минздрава попросил помощи у врачей из частных клиник
27.11 21:19 В Московской области продлили самоизоляцию для пожилых, «дистант» для студентов и запрет массовых мероприятий
27.11 20:37 Суд отправил под домашний арест еще троих лидеров «Свидетелей Иеговы»
27.11 19:47 Глава Минздрава заявил, что переболевших COVID-19 тоже необходимо вакцинировать
27.11 19:12 В Иране убили ведущего физика-ядерщика страны Мохсена Фахризаде
27.11 18:50 ГИБДД: плохие дороги стали причиной каждого третьего ДТП с пострадавшими в октябре и ноябре
27.11 17:53 Reuters: хакеры из КНДР пытались украсть данные о вакцине AstraZeneca и Оксфордского университета
27.11 17:32 Минздрав заявил о повторных случаях инфицирования коронавирусом в России
27.11 17:09 На севере Подмосковья объявился медведь-шатун. Специалисты говорят об эффекте самоизоляции
27.11 16:54 Суд оштрафовал Навального на 5 тыс. рублей за отказ удалить расследование про Пригожина
27.11 16:41 В Петербурге оппозиционного депутата хотят лишить мандата из-за незадекларированных 705 рублей
27.11 16:24 В российской армии началась вакцинация от COVID-19. Минобороны планирует привить 400 тыс. военных
27.11 15:57 «Победа» с декабря возобновит рейсы в Кельн и Берлин
27.11 15:55 Навальный выступил перед членами Европарламента и призвал к санкциям против олигархов из России
27.11 15:36 Суд арестовал бывшего замначальника ФСИН Валерия Максименко
27.11 15:34 В Дании газету оштрафовали за карикатуру на памятник Русалочке
27.11 15:00 В России появился единый телефонный номер 122 для вызова врача к больному COVID-19
27.11 14:52 Учитель, которого избил ученик в Нальчике, доставлен в больницу. СК завел уголовное дело
27.11 14:33 Журналист Алексей Пивоваров заболел ковидом через два месяца после прививки
27.11 14:08 В Орле из газетных киосков изъяли почтовые марки с портретом Гитлера
27.11 14:00 В Курске умер ветеран ГАИ Михаил Панкрушев. В 1989 году он спас от гибели 40 американских детей
27.11 13:36 «Были приняты необходимые меры»: Песков попытался объяснить отсутствие масок у встречающих Путина в Сарове
27.11 13:11 В Нальчике школьный учитель открыл огонь из травматического пистолета. У него произошел конфликт с восьмиклассником, его дядей и их знакомым
27.11 13:07 Фигуранту «московского дела» Эдуарду Малышевскому отказали в УДО
27.11 12:41 «Вектор» планирует начать массовую вакцинацию от COVID-19 в 2021 году
27.11 12:40 Австрийская деревня Фуккинг (Fucking) решила сменить название из-за туристов
27.11 12:00 Русское географическое общество приглашает в «Снежный дозор»
27.11 11:59 Путин проведет ежегодную пресс-конференцию 17 декабря. Она пройдет в формате видеоконференции
27.11 11:47 Опрос: программисты, финансисты и строители хотели бы пенсию больше 100 тыс. рублей
27.11 11:34 Facebook планирует запустить в обращение криптовалюту Libra в январе 2021 года
27.11 11:00 Forbes составил список самых высокооплачиваемых профессий в России
27.11 10:55 В России новый антирекорд коронавирусной статистики. За сутки ковидом заболели 27,5 тыс. человек
27.11 10:30 Ареал обитания утконоса сократился на 22 %
27.11 09:50 Диего Марадону похоронили на кладбище под Буэнос-Айресом. Церемонию прощания завершили досрочно из-за беспорядков
27.11 09:32 Росавиация предложила уволить руководство «Победы» из-за акции в поддержку Дзюбы
27.11 09:01 В мире коронавирусом заразились около 61 млн человек, свыше 1,43 млн умерли
27.11 08:41 Сдачу теоретического экзамена на права будут записывать на видео с апреля следующего года
27.11 07:57 Умерла звезда итальянских фильмов ужасов Дария Николоди
27.11 07:34 Бывшего майора ФСБ приговорили к условному сроку за кражу ковров на 6,5 млн рублей
27.11 07:16 Создатель World of Tanks покинул основанную им «Партию прямой демократии»
«АвтоВАЗ» «ВКонтакте» «Газпром» «Зенит» «Мемориал» «Мистраль» «Оборонсервис» «Роснефть» «Спартак» «Яблоко» Абхазия Австралия Австрия Азербайджан Антимайдан Аргентина Арктика Армения Афганистан Аэрофлот Башкирия Белоруссия Бельгия Болгария Бразилия ВВП ВКС ВМФ ВПК ВТБ ВЦИОМ Ватикан Великобритания Венгрия Венесуэла Владивосток Внуково Волгоград ГИБДД ГЛОНАСС Генпрокуратура Германия Голливуд Госдеп Госдума Греция Гринпис Грузия ДТП Дагестан Дания Домодедово Донецк ЕГЭ ЕСПЧ Евровидение Еврокомиссия Евромайдан Евросоюз Египет Екатеринбург ЖКХ Израиль Ингушетия Индия Индонезия Интерпол Ирак Иран Испания Италия Йемен КНДР КПРФ Казань Казахстан Калининград Камчатка Канада Каталония Кемерово Киев Кипр Киргизия Китай Коми Конституция Красноярск Кремль Крым Куба Курилы ЛГБТ ЛДПР Латвия Ливия Литва Лондон Луганск МВД МВФ МГУ МКС МОК МЧС Малайзия Мексика Минздрав Минкульт Минобороны Минобрнауки Минпромторг Минсельхоз Минск Минтранспорта Минтруд Минфин Минцифры Минэкономразвития Минэнерго Минюст Молдавия Мосгордума Мосгорсуд Москва НАСА Нигерия Нидерланды Новосибирск Норвегия ОБСЕ ООН ОПЕК Одесса Омск ПДД Пакистан Паралимпиада Париж Пентагон Польша Приморье РАН РЖД РПЦ РФС Росавиация Росгвардия Роскомнадзор Роскосмос Роспотребнадзор Россельхознадзор Россия Росстат Ростех Ростуризм СМИ СССР США Сахалин Сбербанк Севастополь Сербия Сирия Сколково Славянск Сочи Таджикистан Таиланд Татарстан Трансаэро Турция УЕФА Узбекистан Украина ФАС ФБР ФИФА ФСБ ФСИН ФСКН Филиппины Финляндия Франция Хакасия Харьков ЦИК ЦРУ ЦСКА Центробанк Чехия Чечня Швейцария Швеция Шереметьево Эбола Эстония ЮКОС Якутия Яндекс Япония авиакатастрофа автопром алкоголь амнистия арест армия археология астрономия аукционы бактерии банкротство беженцы безработица бензин беспилотник беспорядки биатлон бизнес благотворительность блогосфера бокс болельщики вандализм взрыв взятка вирусы вузы выборы гаджеты генетика гомосексуализм госбюджет госзакупки госизмена деньги дети доллар допинг драка евро журналисты законотворчество здоровье землетрясение изнасилование импорт инвестиции инновации интернет инфляция ипотека искусство ислам исследования история казнь кино кораблекрушение коронавирус коррупция космос кража кредиты культура лингвистика литература математика медиа медицина метро мигранты монархия мошенничество музыка наводнение налоги нанотехнологии наркотики наука недвижимость нейробиология некролог нефть образование обрушение общество ограбление оппозиция опросы оружие офшор палеонтология педофилия пенсия пиратство планетология погранвойска пожар полиция похищение правительство право православие преступность продовольствие происшествия ракета рейтинги реклама религия ретейл робототехника рубль санкции связь сепаратизм следствие смартфоны смертность социология спецслужбы спутники статистика страхование стрельба строительство суды суицид тарифы театр телевидение теракт терроризм технологии транспорт туризм убийство фармакология физика фоторепортаж футбол хакеры химия хоккей хулиганство цензура школа шпионаж экология экономика экспорт экстремизм этология «Единая Россия» «Исламское государство» «Нафтогаз Украины» «Правый сектор» «Северный поток» «Справедливая Россия» «болотное дело» Александр Лукашенко Александр Новак Александр Турчинов Алексей Кудрин Алексей Навальный Алексей Улюкаев Алтайский край Амурская область Анатолий Сердюков Ангела Меркель Антон Силуанов Аркадий Дворкович Арсений Яценюк Астраханская область Барак Обама Басманный суд Башар Асад Белый дом Борис Немцов Бутовский полигон Валентина Матвиенко Верховная Рада Верховный суд Виктор Янукович Виталий Мутко Владимир Жириновский Владимир Зеленский Владимир Маркин Владимир Мединский Владимир Путин Вячеслав Володин Дальний Восток День Победы Дмитрий Медведев Дмитрий Песков Дмитрий Рогозин Дональд Трамп Евгения Васильева Забайкальский край Интервью ученых Ирина Яровая Иркутская область История человечества Калужская область Кирилл Серебренников Кировская область Конституционный суд Космодром Байконур Краснодарский край Красноярский край Ксения Собчак Ленинградская область МИД России Мария Захарова Михаил Прохоров Михаил Саакашвили Михаил Ходорковский Московская область Мурманская область Надежда Савченко Наталья Поклонская Нижний Новгород Николас Мадуро Нобелевская премия Новосибирская область Новый год Олег Дерипаска Олимпийские игры Ольга Голодец Павел Дуров Палестинская автономия Папа Римский Первый канал Пермский край Петр Порошенко Почта России Приморский край Рамзан Кадыров Реджеп Эрдоган Республика Карелия Ростовская область Саратовская область Саудовская Аравия Свердловская область Сергей Лавров Сергей Нарышкин Сергей Полонский Сергей Собянин Сергей Шойгу Следственный комитет Совбез ООН Совет Федерации Ставропольский край Счетная палата Тереза Мэй Франсуа Олланд Хабаровский край Хиллари Клинтон Человек дня Челябинская область Черное море Эдвард Сноуден Элла Памфилова Эльвира Набиуллина Эммануэль Макрон Южная Корея Юлия Тимошенко Юрий Чайка авторское право администрация президента акции протеста атомная энергия баллистические ракеты банковский сектор биология большой теннис визовый режим военная авиация выборы губернаторов газовая промышленность гражданская авиация гуманитарная помощь декларации чиновников дороги России информационные технологии климат Земли компьютерная безопасность космодром Восточный крушение вертолета легкая атлетика лесные пожары междисциплинарные исследования мобильные приложения морской транспорт некоммерческие организации общественный транспорт патриарх Кирилл пенсионная реформа пищевая промышленность права человека правозащитное движение преступления полицейских публичные лекции российское гражданство русские националисты русский язык сельское хозяйство сотовая связь социальные сети стихийные бедствия телефонный терроризм уголовный кодекс фигурное катание финансовый рынок фондовая биржа химическое оружие хроники обнуления эволюция экономический кризис ядерное оружие Великая Отечественная война Вторая мировая война Ирак после войны Ким Чен Ын Революция в Киргизии Российская академия наук Стихотворения на случай Федеральная миграционная служба Федеральная таможенная служба борьба с курением выборы мэра Москвы здравоохранение в России связь и телекоммуникации тюрьмы и колонии Совет по правам человека аварии на железной дороге естественные и точные науки закон об «иностранных агентах» компьютеры и программное обеспечение видеозаписи публичных лекций «Полит.ру» Новые технологии, инновации Сочи 2014 рейтинг Forbes Аль-Каида Кабардино-Балкария Левада-Центр Нью-Йорк Санкт-Петербург отставки-назначения шоу-бизнес Ростов-на-Дону ЧМ-2018 Книга. Знание ВИЧ/СПИД Путин20летназад новость20летназад Apple Bitcoin Boeing Facebook G20 Google iPhone IT Microsoft NATO PRO SCIENCE видео ProScience Театр Pussy Riot Telegram Twitter Wikileaks YouTube

Редакция

Электронная почта: polit@polit.ru
Телефон: +7 929 588 33 89
Яндекс.Метрика Top.Mail.Ru
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003 года. 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, 1998–2020.