Выпуски

 / 

2025

 / 

Октябрь

  

Международный год квантовых наук и технологий. Обзоры актуальных проблем


Одноразовый блокнот Вернама, Котельникова, Шеннона и квантовая криптография

  а,   а, б, в, г
а Академия криптографии Российской Федерации, а/я 100, Москва, 119331, Российская Федерация
б Институт физики твердого тела имени Ю.А. Осипьяна РАН, ул. Академика Осипьяна 2, Черноголовка, Московская обл., 142432, Российская Федерация
в Факультет вычислительной математики и кибернетики Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова, Ленинские горы д. 1, стр. 52, Москва, 119991, Российская Федерация
г Центр квантовых технологий Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова, Ленинские горы 1, стр. 35, Москва, 119991, Российская Федерация

Квантовая криптография — квантовое распределение ключей (КРК) — одно из первых направлений квантовой теории информации, которое достигло зрелого научного уровня и было доведено до коммерческих систем в области защищённой квантовой связи. Проблема распределения ключей является центральной проблемой симметричной криптографии. Квантовая криптография решает эту проблему, причём решение базируется на фундаментальных законах Природы — законах квантовой механики. Квантовое распределение ключей, по сути, представляет собой согласование двух независимых случайных последовательностей на передающей и приёмной сторонах посредством посылки квантовых состояний. Кроме квантового канала необходим ещё аутентичный классический канал связи. Оба канала связи являются открытыми и доступными для вторжения нарушителя. Для обеспечения аутентичности классического канала при первом запуске системы необходим стартовый ключ, используемый для обеспечения теоретико-информационной аутентификации. По сути, системы квантовой криптографии являются системами расширения этого стартового ключа. В последующих сеансах возникает квантовый ключ, часть которого используется для аутентификации, а другая часть — для других криптографических целей, например шифрования. Принципиальный для квантовой криптографии вопрос — сколько сеансов квантового распределения ключей с момента первого запуска системы можно проводить до нового перезапуска системы, когда криптографические свойства квантовых ключей достигнут критического уровня, после которого их уже нельзя будет использовать для криптографических целей и потребуется новый перезапуск системы. Несмотря на существующий ряд обзоров по тематике квантовой криптографии, данный вопрос детально не обсуждался. Показано, что для реальных, достижимых на сегодняшний день параметров систем квантовой криптографии, возможна практически сколь угодно долгая работа системы КРК до следующего перезапуска. Это означает, что системы КРК могут обеспечить реализацию "одноразового блокнота" — множества одноразовых ключей, используя только один стартовый ключ. Представлен также краткий исторический экскурс, в котором излагаются отдельные факты, мало известные широкой аудитории. Обзор ориентирован на широкую аудиторию, доступен студентам старших курсов и аспирантам, прослушавшим университетские лекционные курсы по квантовой информатике, и, как надеются авторы, его содержание позволит глубже понять "криптографическую начинку" современных систем квантового распределения ключей.

Текст pdf (1,1 Мб)
English fulltext is available at DOI: 10.3367/UFNe.2025.07.039972
Ключевые слова: квантовая криптография, одноразовый блокнот, безопасная связь, аутентификация
PACS: 03.67.Dd, 03.67.Hk, 89.70.−a (все)
DOI: 10.3367/UFNr.2025.07.039972
URL: https://ufn.ru/ru/articles/2025/10/a/
Цитата: Арбеков И М, Молотков С Н "Одноразовый блокнот Вернама, Котельникова, Шеннона и квантовая криптография" УФН 195 1021–1046 (2025)
BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

Поступила: 13 января 2025, доработана: 28 июля 2025, 28 июля 2025

English citation: Arbekov I M, Molotkov S N “Vernam's, Kotelnikov's, and Shannon's one-time pad and quantum cryptographyPhys. Usp. 68 963–986 (2025); DOI: 10.3367/UFNe.2025.07.039972

Список литературы (70) Похожие статьи (11) ↓

  1. Д.Д. Сукачёв «Протяжённые квантовые сети» УФН 191 1077–1094 (2021)
  2. С.Я. Килин «Квантовая информация» УФН 169 507–527 (1999)
  3. Р.А. Ахмеджанов, Ю.Ю. Балега и др. «Квантовые повторители: актуальные направления исследований и последние достижения» УФН 195 909–938 (2025)
  4. М.Б. Менский «Концепция сознания в контексте квантовой механики» УФН 175 413–435 (2005)
  5. И.В. Баргатин, Б.А. Гришанин, В.Н. Задков «Запутанные квантовые состояния атомных систем» УФН 171 625–647 (2001)
  6. М.Б. Менский «Квантовая механика: новые эксперименты, новые приложения и новые формулировки старых вопросов» УФН 170 631–648 (2000)
  7. А.В. Белинский, Д.Н. Клышко «Интерференция света и теорема Белла» УФН 163 (8) 1–45 (1993)
  8. О.В. Мисочко «Неклассические состояния возбуждений кристаллической решётки: сжатые и запутанные фононы» УФН 183 917–933 (2013)
  9. Г.Р. Иваницкий «XXI век: что такое жизнь с точки зрения физики» УФН 180 337–369 (2010)
  10. К.А. Валиев «Квантовые компьютеры и квантовые вычисления» УФН 175 3–39 (2005)
  11. В.В. Егоров, М.В. Алфимов «Теория J-полосы: от экситона Френкеля к переносу заряда» УФН 177 1033–1081 (2007)

Список формируется автоматически.

© Успехи физических наук, 1918–2025
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение