# Квантово разпределение на ключове (QKD) Квантовото разпределение на ключове (QKD, от английски *quantum key distribution*) е семейство криптографски методи, чрез които две страни създават общ таен ключ, като обменят квантови сигнали и обработват резултатите по удостоверен класически канал. QKD не шифрова самото съобщение и не удостоверява автоматично участниците; полученият ключ се използва от друга симетрична криптографска система — например AES или, при достатъчно дълъг ключ и правилна употреба, еднократен шифър. Сигурността на идеализираните QKD протоколи се извежда от модел на квантовата механика, а не от предполагаемата трудност на математическа задача. Това обаче не означава, че всяка реална QKD система е „физически непробиваема“: доказателството важи при конкретни допускания, а източниците, детекторите, електрониката, софтуерът и управлението на ключове могат да внесат странични канали и уязвимости. ## Как работи BB84 Протоколът BB84 е предложен от Чарлз Бенет и Жил Брасар през 1984 г. В типично описание Алиса кодира случайни битове в квантови състояния, избрани от две несъвместими бази, а Боб измерва всеки получен сигнал в независимо избрана база. По класическия канал двамата оповестяват само избраните бази, не и стойностите на битовете, и запазват случаите, в които базите им съвпадат.[1][8] След пресяването Алиса и Боб разкриват представителна част от резултатите, за да оценят квантовата честота на грешки (QBER). Ако тя е несъвместима с границите на избрания модел за сигурност, протоколът се прекратява. Ако е приемлива, следват корекция на грешките и *privacy amplification* — съкращаване на междинния ключ така, че възможната информация на подслушвач да стане пренебрежимо малка.[2] Класическият канал не е необходимо да бъде таен, но трябва да бъде удостоверен. Без удостоверяване нападател може да се представи поотделно пред двете страни и да извърши атака „човек по средата“. На практика първата сесия изисква предварително доверен механизъм за удостоверяване, а част от вече създадения ключ може да удостоверява следващи сесии.[4][9] > QKD позволява подслушването да бъде оценено статистически и при прекомерен риск ключът да бъде отхвърлен; то не превръща несигурен краен продукт в автоматично защитена система. ## Какво се открива — и какво не Не е достатъчно да се каже, че „всеки опит за измерване винаги разкрива подслушвача“. Легитимният канал също има загуби и шум, а нападателят може да избира сложни стратегии. Сигурността се формулира чрез наблюдаваната статистика, крайния размер на извадката и математическо доказателство за конкретния протокол и модел на устройствата. Ако условията не позволяват извличане на достатъчно сигурен ключ, системата трябва да прекрати сесията, а не да използва съмнителния материал.[2] QKD защитава разпределението на ключове, но не решава само по себе си компрометиран краен компютър, злонамерен софтуер, кражба на ключ след доставянето му, отказ на услуга или грешно конфигурирано приложение. ITU разглежда QKD мрежата като няколко слоя — квантов, управление на ключове, контрол, управление на мрежата и приложения — всеки със собствени изисквания за сигурност.[9] ## Практически реализации и контрамерки Реалните системи често използват отслабени лазерни импулси вместо идеални източници на единични фотони. Импулсите с повече от един фотон могат да позволят атака чрез разделяне на броя фотони. *Decoy-state* методите смесват сигнали с различна интензивност, за да оценят поведението на канала и да ограничат информацията на нападателя.[2] Детекторите също могат да имат отклонения от теоретичния модел. Measurement-device-independent QKD (MDI-QKD) е разработено така, че измервателният възел да може да се третира като недоверен, с което се затваря важен клас детекторни странични канали. Device-independent QKD (DI-QKD) поставя още по-слаби допускания за устройствата и използва нарушение на неравенства на Бел, но остава експериментално трудно и с ниски практически скорости.[2][3] Тези подходи не премахват всички рискове. Източникът, електрониката, генераторът на случайни числа, времевите зависимости, захранването и последващата обработка трябва да бъдат включени в модела, изпитването и сертифицирането. ISO/IEC 23837 определя изисквания и методи за оценяване на QKD реализации, включително квантово-оптичните и конвенционалните мрежови компоненти.[10][11] ## QKD и постквантова криптография QKD и постквантовата криптография (PQC) са различни технологии и могат да бъдат комбинирани. **PQC** използва математически алгоритми върху обикновен хардуер и може да се внедрява в съществуващи интернет протоколи и приложения. През 2024 г. NIST публикува FIPS 203 за ML-KEM като основен механизъм за постквантово установяване на ключове, както и FIPS 204 и FIPS 205 за цифрови подписи, и препоръча организациите да започнат миграция.[5] **QKD** изисква специализирани оптични устройства и квантов канал, а за класическите съобщения — удостоверяване. То е приложимо главно по предварително изградени връзки или QKD мрежи и не замества цифровите подписи. NSA оценява PQC като по-лесно поддържано и по-рентабилно решение за националните системи на САЩ и не препоръчва QKD за тях, докато посочените ограничения не бъдат преодолени; това е институционална препоръка за конкретен клас системи, а не доказателство, че QKD няма полезни приложения.[4] Хибридната архитектура може да комбинира независимо получени тайни от PQC и QKD. Тя увеличава разнообразието на защитата, но само ако комбинирането, удостоверяването и управлението на жизнения цикъл на ключовете са проектирани коректно.[6] ## Разстояние, скорост и квантови мрежи Загубите в оптичните влакна намаляват скоростта на секретния ключ с разстоянието. Практическата граница зависи от протокола, влакното, детекторите, допустимата QBER и желаната скорост, затова общото твърдение „няколкостотин километра“ не е универсална гаранция. Квантовите повторители биха позволили по-далечни връзки без доверени междинни възли, но пълноценните повторители още не са практическа мрежова технология.[9][2] Днешните широкомащабни QKD мрежи могат да използват доверени възли, при които ключовият материал се обработва в защитена междинна инфраструктура. Това разширява обхвата, но добавя точки, които трябва да бъдат физически и оперативно защитени.[9] Свободнопространствените и спътниковите връзки предлагат друг път. През 2017 г. експеримент със спътника Micius демонстрира QKD от спътник към наземни станции на разстояния до около 1200 km, показвайки възможностите на нискоорбиталната архитектура, но не премахвайки ограниченията от видимостта, времето, проследяването и наземната инфраструктура.[12] ## Стандартизация и оперативна съвместимост Стандартизацията обхваща повече от квантовия протокол. ETSI разработва спецификации за терминология, оптична характеристика, сигурност на реализациите, интерфейси и управление. ETSI GS QKD 014 определя REST интерфейс, чрез който QKD мрежа доставя блокове ключов материал и идентификатори към криптографски приложения, с цел оборудване от различни доставчици да може да взаимодейства.[6][7] ITU-T Y.3800 описва слоеста архитектура на QKD мрежи и функции като генериране, съхранение, форматиране, препредаване и доставяне на ключове, маршрутизация, наблюдение и управление. ISO/IEC 23837-1 и 23837-2 разглеждат съответно изискванията за сигурност и методите за изпитване и оценяване на QKD реализации.[9][10][11] ## Кога има смисъл от внедряване QKD може да бъде разглеждано за ограничен брой високостойностни връзки с дълъг хоризонт на поверителност, налично специализирано влакно или оптична линия, контролирани крайни точки и ресурс за постоянно наблюдение и сертифициране. Решението трябва да отчита не само теоретичната сигурност, а цена, наличност, скорост на ключа, резервираност, защита на доверените възли и интеграция с приложенията.[4][9] За общи интернет услуги PQC обикновено се внедрява по-лесно, защото не изисква нов физически квантов канал. Практическият избор не е лозунгът „QKD или PQC“, а архитектурна оценка на риска: какво се защитава, за колко време, от какъв противник, при какви допускания и как системата ще бъде обновявана, проверявана и възстановявана при отказ.[5][4] ## Вижте също - [Виетнамският закон за киберсигурност от 2018 г.](https://wikib.online/article/vietnam-zakon-za-kiberbezopasnost-2018) - [Швейцария: спирането на електронното гласуване след публичен хакерски тест](https://wikib.online/article/shveytsaria-e-glasuvane-spryano) - [Voatz: уязвимостите на мобилното блокчейн гласуване в САЩ](https://wikib.online/article/voatz-blokcheyn-glasuvane-sasht) - [Германия: как хакери разкриха уязвимостите на изборния софтуер PC-Wahl](https://wikib.online/article/germania-pc-wahl-uyazvimost-2017) - [Нидерландия: връщането към ръчно преброяване заради страх от хакери](https://wikib.online/article/holandia-rachno-preboryavane-glasove-2017) - [Електронно гласуване](https://wikib.online/article/elektronno-glasuvane) ## Доказателства към твърденията 1. Bennett & Brassard — Quantum cryptography: Public key distribution and coin tossing (1984) — Място: Protocol proposal and conjugate coding — https://doi.org/10.1016/j.tcs.2014.05.025 2. Diamanti et al. — Practical challenges in quantum key distribution — Място: Practical security, distance, rate and implementation challenges — https://www.nature.com/articles/npjqi201625 3. Zapatero et al. — Advances in device-independent quantum key distribution — Място: DI-QKD security assumptions and experimental limitations — https://www.nature.com/articles/s41534-023-00684-x 4. NSA — Quantum Key Distribution (QKD) and Quantum Cryptography (QC) — Място: Limitations of QKD and comparison with quantum-resistant cryptography — https://www.nsa.gov/Cybersecurity/Quantum-Key-Distribution-QKD-and-Quantum-Cryptography-QC/ 5. NIST — First Three Finalized Post-Quantum Encryption Standards — Място: FIPS 203, FIPS 204 and FIPS 205; migration guidance — https://www.nist.gov/news-events/news/2024/08/nist-releases-first-3-finalized-post-quantum-encryption-standards 6. ETSI — Quantum Key Distribution standards and work programme — Място: Security, interoperability, optical characterisation and standards — https://www.etsi.org/technologies/quantum-key-distribution 7. ETSI GS QKD 014 — REST-based key delivery API — Място: REST-based delivery of QKD keys to applications — https://www.etsi.org/deliver/etsi_gs/QKD/001_099/014/01.01.01_60/gs_qkd014v010101p.pdf 8. ETSI GR QKD 007 V1.2.1 — Vocabulary — Място: QKD terminology and BB84 reference — https://www.etsi.org/deliver/etsi_gr/QKD/001_099/007/01.02.01_60/gr_qkd007v010201p.pdf 9. ITU-T Y.3800 — Overview on networks supporting quantum key distribution — Място: Clauses 6–9: QKDN layers, functions and security considerations — https://www.itu.int/rec/T-REC-Y.3800-201910-I 10. ISO/IEC 23837-1:2023 — QKD security requirements — Място: Security requirements for QKD implementations — https://www.iso.org/standard/77097.html 11. ISO/IEC 23837-2:2023 — QKD evaluation and testing methods — Място: Evaluation and testing methods — https://www.iso.org/standard/77309.html 12. Liao et al. — Satellite-to-ground quantum key distribution — Място: Nature 549, 43–47 (2017), satellite-to-ground QKD over up to 1200 km — https://doi.org/10.1038/nature23655 ## Метаданни - Каноничен URL: https://wikib.online/article/kvantovo-razpredelenie-na-klyuchove-qkd - Ревизия: 1 - Статус: published - Език: bg - JSON: https://wikib.online/api/public/articles/kvantovo-razpredelenie-na-klyuchove-qkd