Internet odporny na podsłuch? Nadchodzi era kwantów

Czy łączność kwantowa może sprawić, że naszych danych nie da się podsłuchać? Czy to obecnie najbezpieczniejsza technologia?

To dość mocne stwierdzenie, bo dane można próbować wykraść na wiele sposobów. Aż tak daleko bym nie poszedł – łączność kwantowa nie zabezpieczy nas na przykład przed włamaniem do komputera czy telefonu. To, na co może pozwolić nam komunikacja kwantowa to bezpieczne przesyłanie danych w sieci.

Warto postawić pytanie, dlaczego to takie ważne? Dlatego, że w przyszłości komputery kwantowe będą w stanie złamać część zabezpieczeń, których używamy dzisiaj. Ten moment w literaturze określany jest jako Q-Day. Naukowcy, rządy i organizacje zajmujące się bezpieczeństwem zdają sobie z tego sprawę i dlatego już teraz szukają alternatywnych sposobów zabezpieczenia przesyłanych danych.

Stąd cały obszar badań nad tzw. PQC, czyli kryptografią postkwantową. To nowa metoda szyfrowania, projektowana tak, by była odporna na możliwości komputerów kwantowych.

Z drugiej strony rozwijamy podejście do komunikacji kwantowej, czyli takiej, która wykorzystuje zjawiska fizyki kwantowej. Brzmi to bardzo dobrze jako pewien koncept – należy sobie jednak zdać sprawę, że by komunikacja kwantowa działała jak dzisiejszy Internet droga jest jeszcze daleka. To, co potrafimy robić od kilku lat to wykorzystanie zjawisk kwantowych do ustalania kluczy szyfrujących między urządzeniami. Taki klucz służy następnie do zabezpieczenia właściwych danych przesyłanych przez sieć.

Co konkretnie będziemy mogli chronić dzięki tej technologii? Gdzie może być wykorzystywana?

To bardzo zasadne pytanie, bo technologia QKD, czyli kwantowa dystrybucja klucza, o której wspominam ma pewne ograniczenia. Z kryptografii korzystamy w zasadzie cały czas – kiedy odwiedzamy stronę banku, przeglądamy media społecznościowe czy wreszcie czytamy portale informacyjne. Służy do tego protokół HTTPS, który szyfruje dane między przeglądarką a serwerem. Kryptografii używamy także do rozmawiania przez telefon. QKD nie może jednak po prostu zastąpić wszystkich stosowanych obecnie zabezpieczeń.

By korzystać z tej technologii, potrzebny jest specjalny kanał kwantowy. Można go stworzyć np. za pomocą światłowodu albo przesłać sygnał w otwartej przestrzeni. To jednak nie wszystko – konieczne są także odpowiednie urządzenia po obu stronach takiego połączenia. Stąd QKD sprawdzi się przede wszystkim tam, gdzie już mamy wybudowaną odpowiednią infrastrukturę telekomunikacyjną i szczególnie zależy nam na bezpieczeństwie przesyłanych danych. Dotyczy to przede wszystkim komunikacji między centrami danych, bankami, operatorami telekomunikacyjnymi czy instytucjami państwowymi. To również dobry sposób na zabezpieczenie połączenia między głównymi i zapasowymi centrami danych czy ze stacjami bazowymi sieci komórkowych.

W NASK podstawą do budowania rozwiązań, które wykorzystują QKD jest sieć światłowodowa WARMAN.

Na jakim etapie są prace konsorcjum w projekcie PIONIER-Q-SAT, którego NASK jest liderem?

Pionier-Q-SAT jest jedną z najnowszych aktywności NASK w obszarze kwantowej dystrybucji kluczy. To rozwinięcie projektu Pionier-Q, w ramach którego powstała najdłuższa w Europie sieć do kwantowej dystrybucji kluczy. Mamy ponad 1700 km sieci światłowodowej, którą możemy wykorzystywać do dostarczania bezpiecznych kluczy szyfrujących.

Teraz idziemy o krok dalej. Pionier-Q-SAT rozszerza ten dobrze znany nam obszar światłowodowy o łączność satelitarną. Budujemy optyczną stację naziemną, która pozwoli na ustalenie kluczy QKD z wykorzystaniem europejskich satelitów. To zupełnie nowy obszar w Polsce i element dużego przedsięwzięcia Komisji Europejskiej we współpracy z ESA (Europejską Agencją Kosmiczną). W jej wyniku na orbicie zostanie umieszczony satelita Eagle-1.

Projekt Pionier-Q-SAT, o czym jeszcze nie wspomniałem, ma charakter międzynarodowy – współpracujemy z partnerami z Polski i Litwy, w tym z Kaunas University of Technology. Pod koniec lipca w siedzibie NASK odbyło się pierwsze spotkanie całego konsorcjum. Temat rozwoju technologii kwantowych na Litwie zaprezentował prof. Šarūnas Grigaliūnas. W spotkaniu uczestniczyli także przedstawiciele strony rządowej Zbigniew Piątek, Paweł Gora i Łukasz Wojewoda z Ministerstwa Cyfryzacji oraz Michał Goszczyński z Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego.  

Obecnie wspólnie koncentrujemy się na przygotowaniu dokumentacji potrzebnej do budowy optycznej stacji naziemnej.

Docelowo stacja ma służyć nie tylko Polsce, ale dawać możliwość obsługi całego regionu. Pionier-Q-SAT jest więc częścią działania na rzecz rozwoju technologii kwantowych zarówno w kraju, jak i w Europie. Szczególnie warto podkreślić ścisłą współpracę polsko-litewską.

Z nowoczesnością i szybkością kojarzony jest już światłowód. Czy sieć kwantowa jest w stanie zaoferować jeszcze więcej?

Jeśli chodzi o szybkość – na pewno nie. Kwantowa wymiana kluczy czy szerzej sieć komunikacji kwantowej to sposób na to by dane wymieniać bezpieczniej, ale nie na to by robić to szybciej. Za tempo transmisji nadal odpowiadają te same technologie, które już znamy, takie jak szybkie łącza światłowodowe czy optyczne linki satelitarne.

Sieć kwantowa oferuje coś innego – wyższy poziom bezpieczeństwa. Rozwiązanie QKD pozwala bezpiecznie ustalić klucz szyfrujący między nadawcą a odbiorcą. Następnie za jego pomocą zabezpieczamy właściwe dane, a wykorzystujemy do tego stosowane już dziś technologie szyfrowania.

Można zatem powiedzieć, że w tym przypadku nie chodzi o to, żeby przesyłać więcej albo szybciej, ale żeby robić to bezpieczniej.