Kosmické fotony přinášejí nový rozměr do kryptografie

ESA podepsala kontrakt s lucemburskou firmou SES Techcom S.A. týkající se vývoje platformy QUARTZ (Quantum Cryptography Telecommunication System): jde o platformu pro distribuci kvantových klíčů a jejich následnou administraci z vesmíru. Kvantové klíče jsou budoucí formou kryptografie.

Klasická kryptografie, která byla používaná například ve druhé světové válce, využívala zašifrování vzkazů s pomocí speciálních algoritmů a šifrovacích klíčů generovaných ručně nebo strojově. Zprávy pak byly dekódovány příjemcem s odpovídajícím klíčem, dekódovací knihou nebo vybavením.

Tento princip se používá dodnes jen s tím rozdílem, že šifrovací kódy se vyvinuly do moderních matematických algoritmů a „kryptografických klíčů“, které jsou vytvářeny kombinací algoritmů s generátory náhodných čísel. Používané jsou přitom všude: webovými prohlížeči, počítačovými sítěmi, pozemní infrastrukturou rozvodů elektřiny nebo vody, v dopravních systémech - a také k ochraně kritických družicových platforem.

Ovšem vývoj některých pokročilých technologií, k nimž patří třeba kvantové počítače nebo nové dešifrovací techniky, může vést k tomu, že některé z aspektů stávajících systémů budou zranitelné vůči útokům. Právě tomu se snaží zabránit ESA tím, že zkoumá nový model šifrovacích technik známý jako „distribuce kvantových klíčů“ QKD (Quantum Key Distribution).

Výzkum na poli QKD roste. Jde zvláště o aplikaci bezpečnostních prvků založených na fyzikálních základech do perspektivních reálných aplikací. Výsledkem by měl být systém, který distribuuje klíče mezi dvě entity způsobem, do něhož je nemožné se dostat bez detekce. Díky tomu je rozšířena a doplněna tradiční distribuce klíčů, kde jsou bezpečnostní vlastnosti založeny na matematice a počítačové vědě.

Nově je tak založena na posílání náhodných čísel mezi dvěma body, přičemž tato jsou pak využita ke generování klíčů. Odposlouchávání podobného způsobu komunikace by vyžadovalo měření fotonů, což ovšem trvale mění jejich kvantové vlastnosti a upozorňuje tak uživatele systému na to, že paprsek byl zkompromitován.

Dnešní systémy QKD jsou omezeny na tradiční nosiče, typicky optická vlákna, což omezuje jejich dosah: informace mohou být přenášeny tímto způsobem jen v řádu stovek kilometrů před tím, než signál příliš zeslábne. Studie a experimenty ESA prokázaly, že fotony mohou být sbírané a distribuované v kosmickém prostoru, od družice ke družici, od družice na zemi a vice versa. Satelit nesoucí kryptovací klíč jej může distribuovat zákazníkům kdekoliv na Zemi.

QUARTZ je prvním komerčním krokem v tomto směru, když cílí na poskytování spolehlivého a globálně dostupného systému pro ukládání a distribuování klíčů. V rámci projektu QUART a za pomoci ESA plánuje SES vyvinout platformu dostatečně robustní, škálovatelnou a komerčně životaschopnou, která bude vycházet z na družicích založené infrastruktuře QKD pro geograficky rozsáhlé sítě.

Jde přitom o součást programu ESA ARTES ScyLight (Secure and Laser Communication Technology), který zakládá a podporuje vývoj a nasazení inovativních optických technologií pro družicovou komunikaci a který zároveň asistuje průmyslovému sektoru při vývoji nových tržních příležitostí pro technologie optické komunikace.

Předpokládá se, že právě náhrada optických technologií bude dalším důležitým zlomem v oblasti komerčního trhu s družicovou komunikací. Ten tak bude reagovat na narůstající poptávku po kapacitních datových spojeních a bezpečné komunikaci.

„QUARTZ je vynikajícím příkladem spojení výzkumné práce vědecké komunity s požadavky soukromé sféry, a to za podpory programu ESA ScyLight majícího za cíl vyvinout budoucí aplikace,“ konstatuje ředitel ESA pro telekomunikace a integrované aplikace Magali Vaissiere.