Polskie połączenie kwantowe. Pokazano rewolucyjną technologię

W poniedziałek zaprezentowane zostało połączenie między Ministerstwem Cyfryzacji a Wojskową Akademią Techniczną z wykorzystaniem tzw. kwantowej dystrybucji klucza (QKD). Ma ono pokazać możliwości zwiększenia niezależności cyfrowej i potencjał polskich urządzeń w zakresie bezpiecznej łączności. 

Prezentacja ma być dowodem coraz szybciej rozwijających w naszym kraju technologii kwantowych. Rozwiązanie budzi szczególne zainteresowanie w kręgach wojskowych i ma stanowić przełom w dziedzinie bezpieczeństwa.

Szef MON poinformował, że MON i MC stawiają na innowacje i nowoczesne technologie, w tym sztuczną inteligencję czy komputery kwantowe. - Jesteśmy mocno nastawieni, aby usługi i produkty najnowocześniejszych technologii trafiały jak najszybciej do naszego życia - w administracji, biznesie, wojsku. To one będą decydować o naszym potencjale obronnym i bezpieczeństwie - powiedział szef MON. Minister przyznał, że wcześniej dochodziło do połączeń kwantowych w naszym kraju, ale "nigdy nie było to przy użyciu w pełni polskiej myśli technicznej".

Według Kosiniaka-Kamysza poufność danych i ochrona danych osobowych są dziś niezwykle istotne, a najcenniejszą walutą stają się dane, wiedza i dostęp do baz danych. - To coś, co musimy chronić, aby być bezpiecznymi. Jeśli ktoś by je przechwycił, mógłby w łatwy sposób manipulować nimi, wykorzystywać je i realizować strategię niszczącą dla naszego systemu obronności - dodał. 

- To system podwójnego zastosowania - zarówno w przestrzeni wojskowej, jak i w instytucjach cywilnych, państwowych i prywatnych. Produkt będzie dostępny dla wszystkich - wyjaśnił szef resortu obrony. Minister wskazał, że technologia może być wykorzystywana np. w szpitalach. 

- To, co dziś zrobiliśmy, to zmiana zasad szyfrowania, która jest możliwa dzięki technologiom kwantowym i dystrybucji kluczy. Mówimy nie tylko o sprawach wojska, ale o całej gospodarce - stwierdził minister cyfryzacji. Jak poinformował, technologie kwantowe będą wykorzystywane w sektorze bankowym, ochronie zdrowia, transporcie, komunikacji, administracji oraz w obszarze materiałów poufnych. 

- Do tej pory, bez tej technologii, musielibyśmy kupować to, co jest dostępne na rynku od zagranicznych dostawców. Od dziś ten czas się kończy. Polska staje się dystrybutorem i bierze za to odpowiedzialność - powiedział minister cyfryzacji.  

Zdaniem wicepremiera, "rewolucja, która następuje, daje nam szansę, że w przyszłości najbardziej cenne informacje będą dobrze chronione". - To szczególnie ważne w obecnej sytuacji geopolitycznej - jesteśmy najbardziej atakowanym państwem w UE, mamy do czynienia z zaawansowanymi atakami, którym potrafimy zapobiegać - podkreślił Gawkowski. - Dystrybucja kluczy kwantowych jest odpowiedzią na te ataki - dodał. 

Minister zapowiedział, że technologia będzie rozwijana. Jak zapewniano podczas konferencji, cały system opracowany został od podstaw przez polskie podmioty. 

Podobne rozwiązanie już kilka lat temu - w 2021 roku, przedstawili naukowcy z Uniwersytetu Warszawskiego we współpracy z badaczami z Poznańskiego Centrum Superkomputerowo-Sieciowego. Zaprezentowana technika szyfrowania QKD, oparta na zasadach mechaniki kwantowej, uniemożliwiała przechwycenie przesyłanych wiadomości bez zaalarmowania stron tworzących klucz kryptograficzny i była odporna na ataki hakerskie. 

Jak możemy przeczytać na stronie UW, pierwsze testy zostały przeprowadzone w obrębie głównej siedziby PCSS, a następnie wykorzystano istniejącą infrastrukturę światłowodową Poznania, przez którą udało się bezpiecznie nadać i odebrać sygnał szyfrowany kwantowo między dwoma jednostkami PCSS oddalonymi od siebie o 7 kilometrów. Przeprowadzone eksperymenty pozwoliły zagwarantować poprawność działania systemu QKD w obrębie 70 kilometrów od nadajnika.

Kryptografia to taki sposób zabezpieczania wiadomości, aby stała się ona niezrozumiała na dla osób postronnych, ale jasna dla właściwego odbiorcy. Informację więc się szyfruje, a klucz do odszyfrowania tej wiadomości ma tylko powołana osoba. Dzięki temu nawet jeśli wiadomość zostanie przechwycona, pozostanie bezużyteczna dla podsłuchiwaczy. "Kryptografia kwantowa przesunęła zaś środek ciężkości (bezpieczeństwa danych - red.) z matematyki w stronę fizyki" - powiedział PAP pionier kryptografii kwantowej prof. Artur Ekert. Bezpieczeństwo danych oparte jest więc na prawach fizyki, a nie na konstrukcjach matematycznych. A praw fizyki nie da się złamać. 

Znane są dwa główne sposoby opracowywania szyfrów dla kryptografii kwantowej. W połowie lat 80. Charles Bennett i Gilles Brassard zaproponowali wykorzystanie w szyfrowaniu zasady nieoznaczoności Heisenberga. A prof. Artur Ekert - niezależnie od nich opracował metodę wykorzystującą zjawisko, jakim jest splątanie kwantowe. Prof. Ekert wpadł na pomysł, jak za pomocą praw rządzących mechaniką kwantową uzyskać pewność, że ktoś wymiany tajnych kluczy nie podejrzał.

W procesie dystrybucji klucza kwantowego generuje się kolejne pary splątanych fotonów - jeden foton z pary trafia do jednej osoby, a drugi do drugiej. Obie osoby muszą dokonać detekcji w tym samym czasie. Fotony są splątane, a więc pomiar właściwości jednego fotonu wywołuje zmiany na drugim fotonie (Einstein nazywał to "upiornym oddziaływaniem na odległość") - wiadomo, jakie właściwości ma drugi. Mierząc te właściwości, ustala się kolejne cyfry jednorazowego klucza. 

Szpieg, który chciałby podsłuchać klucz, musiałby dokonać pomiaru na którymś ze splątanych fotonów, a to zawsze pozostawi po sobie ślad i odnotowane zostanie przez drugi splątany z nim foton. Fizyka kwantowa nie daje więc możliwości "czystego" podsłuchiwania takiej bazującej na zjawisku splątania transmisji. Zanim użyje się klucza przesłanego drogą kwantową, trzeba sprawdzić jego "nieskazitelność". Uzyskane wyniki pomiarów poddawane są testowi - sprawdza się je w tzw. równaniach Bella. Jeśli okaże się, że zbyt wiele cyfr klucza było już znanych przed pomiarem w urządzeniu odbiorcy - to znaczy, że klucz nie jest bezpieczny i trzeba wygenerować nowy. 

Co ciekawe - rozwiązanie prof. Ekerta daje początek kryptografii niezależnej od urządzeń. A to oznacza, że nawet urządzenie do kryptografii kwantowej kupione od wroga może być bezpiecznie stosowane do przesyłania klucza. Test Bella bowiem i tutaj wykryje każdą próbę podsłuchu. 

Prof. Ekert dodał, że w codziennym życiu nie każda informacja jest warta tego, żeby ją zabezpieczać w sposób absolutny. Podał przykład, że na giełdzie tajemnice zwykle są trzymane przez jeden dzień, w medycynie - to skala życia człowieka, a jeszcze dłużej - w przypadku tajemnic wojskowych czy narodowych. Mechanika kwantowa pokazuje jednak, że można zabezpieczyć informację w stu procentach.