Επιτεύχθηκε σύνδεση κβαντικής κρυπτογράφησης που σπάει ρεκόρ μέσω μικρο-δορυφόρων

Μια νέα εποχή για την κβαντική κρυπτογράφηση

Η κρυπτογράφηση των μεταδιδόμενων δεδομένων είναι μια διαρκώς αυξανόμενη ανησυχία, καθώς όλο και περισσότερες κρίσιμες λειτουργίες εξαρτώνται από ασφαλείς και ασφαλείς συνδέσμους δεδομένων. Στο πλαίσιο των στρατιωτικών, διπλωματικών ή ακόμα και επιχειρηματικών δεδομένων, η ασφάλεια δεν σημαίνει μόνο τη διασφάλιση ότι κανείς δεν έχει πρόσβαση στα δεδομένα, αλλά και τη δυνατότητα να γνωρίζει εάν κάποιος τρίτος προσπαθεί καν να κρυφακούσει.

Αυτό είναι κάτι που η κβαντική κρυπτογράφηση έχει σχεδιαστεί ειδικά για να κάνει, με οποιαδήποτε παρεμβολή ανιχνεύεται αυτόματα χάρη στους θεμελιώδεις κανόνες της κβαντικής φυσικής (βλ. παρακάτω).

Ωστόσο, η διαχείριση της μετάδοσης της κβαντικής κρυπτογράφησης σε μεγάλες αποστάσεις ήταν ιστορικά δύσκολη, περιορίζοντας τη χρησιμότητα της τεχνολογίας.

Αυτό είναι προφανώς ένα πρόβλημα του παρελθόντος, καθώς Κινέζοι ερευνητές κατάφεραν να δημιουργήσουν μια κβαντική δορυφορική σύνδεση 12,900 km (8,000 μίλια) μεταξύ Κίνας και Νότιας Αφρικής.

Αυτό το επίτευγμα επιτεύχθηκε μέσω μιας τεράστιας συλλογικής προσπάθειας που έφερε σε επαφή ερευνητές από το Εθνικό Εργαστήριο Hefei, την Κινεζική Ακαδημία Επιστημών, το Ινστιτούτο Κβαντικής Τεχνολογίας Jinan, το Ινστιτούτο Επιστήμης και Τεχνολογίας Ηλεκτρονικών Πεκίνου, το Πανεπιστήμιο Stellenbosch (Νότια Αφρική), την CAS Quantum Network Co. Ltd και Quantum CTek Co. Ltd.

Αυτά τα αποτελέσματα δημοσιεύτηκαν στο Nature¹, υπό τον τίτλο "Διανομή κβαντικού κλειδιού σε πραγματικό χρόνο που βασίζεται σε μικροδορυφόρους".

Επεξήγηση κβαντικής κρυπτογράφησης

Κβαντική κρυπτογράφηση ή κβαντική κατανομή κλειδιών (QKD), δεν είναι μια κρυπτογράφηση που βασίζεται σε ικανότητες κβαντικού υπολογισμού (αυτό θα ονομαζόταν κβαντική κρυπτογραφία).

Αυτό που κάνει η κβαντική κρυπτογράφηση είναι να δημιουργεί κλειδιά κρυπτογράφησης για να παρέχει εμπιστευτικότητα, χρησιμοποιώντας μεμονωμένα φωτόνια για τη μεταφορά και την κωδικοποίηση των κλειδιών.

Αυτό που κάνει την τεχνική μοναδική είναι ότι τα μεμονωμένα φωτόνια δεν μπορούν να αναχαιτιστούν, να αντιγραφούν ή να μετρηθούν χωρίς να αλλάξουν οι κβαντικές τους καταστάσεις. Είναι κάτι απολύτως αδύνατο να αλλάξει, καθώς είναι σκληρός κανόνας ότι η παρατήρηση των κβαντικών σωματιδίων θα οδηγήσει στην αλλαγή των χαρακτηριστικών τους.

Πηγή: Κουσάιντ

Ως αποτέλεσμα, είναι βέβαιο για τους δύο χρήστες που επικοινωνούν να είναι σίγουροι ότι κανείς δεν προσπαθεί καν να αποκτήσει πρόσβαση στο κλειδί, ακόμη λιγότερο να το καταφέρει.

Αυτό καθιστά την τεχνική μια πολύ ισχυρή επιλογή για σημαντικές ασφαλείς μεταδόσεις δεδομένων, ειδικά για σκοπούς εθνικής ασφάλειας.

Αυτή δεν είναι μια νέα ιδέα, καθώς η ιδέα βασίζεται σε εργασίες του 1984, αλλά μόλις τώρα αναπτύσσεται σε κλίμακα. Η μέθοδος δεν μεταφέρει πραγματικά δεδομένα, αλλά είναι απλώς το κλειδί για την αποκρυπτογράφηση δεδομένων που μεταδίδονται με συνήθη μέσα.

(Προηγούμενο) Όρια Κβαντικής Κρυπτογράφησης

Μέχρι τώρα, η κβαντική κρυπτογράφηση απαιτούσε ένα πολύ περίπλοκο σύνολο αποκλειστικής υποδομής, με αποκλειστικές οπτικές ίνες.

Αυτός είναι ένας τομέας στον οποίο η Κίνα πρωτοστατεί, με ένα επίγειο κβαντικό δίκτυο ινών μήκους 2,000 km που συνδέει 32 αξιόπιστους κόμβους σε μεγάλες πόλεις, από το Πεκίνο έως τη Σαγκάη. Αυτό το προηγούμενο έργο διεξήχθη υπό την καθοδήγηση του διάσημου κβαντικού φυσικού καθηγητή Jian-Wei Pan, ενός από τους ηγέτες αυτής της τελευταίας εξέλιξης στην κβαντική κρυπτογράφηση.

Αυτή η προσέγγιση διαφέρει ριζικά από την αμερικανική, με την NSA να προτιμά εναλλακτικές τεχνολογίες.

Η NSA βλέπει την κβαντική (ή μετα-κβαντική) κρυπτογραφία ως μια πιο οικονομική και εύκολα συντηρούμενη λύση από τη διανομή κβαντικών κλειδιών. Για όλους αυτούς τους λόγους, η NSA δεν υποστηρίζει τη χρήση του QKD ή του QC για την προστασία των επικοινωνιών στα Εθνικά Συστήματα Ασφαλείας και δεν προβλέπει την πιστοποίηση ή την έγκριση οποιωνδήποτε προϊόντων ασφαλείας QKD ή QC για χρήση από πελάτες NSS, εκτός εάν ξεπεραστούν αυτοί οι περιορισμοί.

Συνολικά, η κβαντική κρυπτογράφηση βασίζεται σε μεγάλο βαθμό στο υλικό και δεν είναι ευέλικτη και δεν μπορεί να εφαρμοστεί σε λογισμικό ή ως υπηρεσία σε ένα δίκτυο. Αυτό καθιστά επίσης δύσκολη την ενσωμάτωσή του σε άλλα δίκτυα ή τις αναβαθμίσεις.

Μετακίνηση κβαντικής κρυπτογράφησης στο διάστημα

Με βάση τις προηγούμενες προσπάθειες

Αυτός ο περιορισμός που συνδέεται με το δίκτυο οπτικών ινών, ένα τεράστιο έργο υποδομής, αίρεται με τη μετάβαση προς την κβαντική κρυπτογράφηση βασισμένη σε δορυφόρους.

Το πρώτο βήμα ήταν μια πειραματική ρύθμιση από το έργο Κβαντικά Πειράματα σε Διαστημική Κλίμακα (ΕΡΩΤΗΣΗ). Περιλάμβανε τον δορυφόρο Micius (κινεζικά: 墨子), σε συνεργασία με το Πανεπιστήμιο της Βιέννης.

Ο Micius διαχειριζόταν προηγουμένως 7,600 km δορυφορικών διηπειρωτικών κβαντικών συνδέσεων, με τη βοήθεια ενός πειράματος επικοινωνιών με λέιζερ στο κινεζικό διαστημικό εργαστήριο Tiangong-2 (ο κινεζικός διαστημικός σταθμός).

Αυτός ήταν ένας καλός τρόπος για να αποδειχθεί ότι η ιδέα ήταν ακόμη δυνατή. Ωστόσο, αυτό το πρωτότυπο δεν έχει ακόμη αποδείξει ότι θα μπορούσε να γίνει με στοιχεία που απαιτούνται για μια πρακτική ανάπτυξη: μικρούς, ελαφρούς δορυφόρους, φορητούς επίγειους σταθμούς και ασφαλή ανταλλαγή κλειδιών σε πραγματικό χρόνο.

Η νοτιοαφρικανική πλευρά αυτής της μελέτης διευθύνθηκε από τον καθηγητή Francesco Petruccione, ο οποίος ανέπτυξε ένα από τα πρώτα κβαντικά δίκτυα επικοινωνίας οπτικών ινών στον κόσμο στο Ντέρμπαν της Νότιας Αφρικής.

Πηγή: Stellenbosch University

«Αυτή η επιτυχημένη επίδειξη τεχνολογίας κβαντικών δορυφόρων τοποθετεί σταθερά τη Νότια Αφρική ως σημαντικό παίκτη στο ταχέως εξελισσόμενο παγκόσμιο οικοσύστημα κβαντικής τεχνολογίας.

Πρ. Francesco Petruccione

Το πλεονέκτημα των δορυφορικών επικοινωνιών

Το μεγαλύτερο πλεονέκτημα της χρήσης δορυφόρων για αυτό το είδος κρυπτογραφημένης επικοινωνίας είναι ότι δεν βασίζεται σε ένα προϋπάρχον και αποκλειστικό δίκτυο οπτικών ινών.

Αυτό επιτρέπει στο σύστημα να αναπτυχθεί ευρέως αντί να περιοριστεί απλώς σε ένα ακριβό και μοναδικό οικιακό σύστημα οπτικών ινών.

Ένα επιπλέον μπόνους είναι ότι αυτό το τεχνολογικό επίτευγμα επιτεύχθηκε χρησιμοποιώντας μόνο μικρο-δορυφόρους με ωφέλιμο φορτίο μόνο 23 kg (50 λίβρες). Για αναφορά, οι κάπως μικροί δορυφόροι Starlink ζυγίζουν 800 κιλά (1,760 λίβρες) ο καθένας.

Πηγή: Reuters 

Έτσι, θα ήταν πολύ εύκολο να αναπτυχθεί ένας τεράστιος αστερισμός αυτών των συσκευών χωρίς πολλές τροχιακές εκτοξεύσεις.

Ο φορητός επίγειος σταθμός ζυγίζει περίπου 100 κιλά, γεγονός που καθιστά εύκολη τη μεταφορά και την εφαρμογή τους οπουδήποτε.

Περιορισμοί Δορυφορικών Επικοινωνιών

Επειδή η επικοινωνία βασίζεται σε φωτόνια, εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τις καιρικές συνθήκες. Οι συννεφιασμένες μέρες ή ακόμα και όταν ο δορυφόρος είναι ευθυγραμμισμένος με τον Ήλιο, μπορεί να εμποδίσουν τη διαδικασία.

Έτσι, πιθανότατα, αυτή δεν είναι μια τεχνολογία που μπορεί να χρησιμοποιηθεί υπό οποιεσδήποτε συνθήκες όλη την ώρα. Είναι πάντως ένα εντυπωσιακό επίτευγμα. Και ενδεχομένως, η χρήση φωτονίων σε άλλες συχνότητες που επηρεάζονται λιγότερο από τον καιρό (όπως τα μικροκύματα) θα μπορούσε να είναι ένα λογικό επόμενο βήμα προς εφαρμογή.

Πόσο καλά λειτούργησε;

Οι κλιματικές επιπτώσεις αυτής της τεχνολογίας ήταν ένας λόγος για να επιλέξουμε το Stellenbosch, με τις ιδανικές περιβαλλοντικές συνθήκες καθαρού ουρανού και χαμηλής υγρασίας. Υπό αυτές τις συνθήκες, επιτεύχθηκε η κοινή χρήση έως και 1.07 εκατομμυρίων bit ασφαλών κλειδιών κατά τη διάρκεια ενός μόνο δορυφορικού περάσματος.

Η επικοινωνία ήταν επίσης αμφίδρομη, επιτρέποντας την ασφαλή επικοινωνία σε πραγματικό χρόνο. Αυτή είναι λοιπόν μια επιτυχία που έλυσε όλους τους προηγούμενους περιορισμούς του πρωτοτύπου Micius, συμπεριλαμβανομένου του βάρους των χρήσιμων ανταλλαγών δορυφόρου και σταθμού σε πραγματικό χρόνο.

Ένα άλλο πράγμα που δείχνει το σύστημα είναι ότι μπορεί να μεταφέρει κρυπτογράφηση εικόνων εφάπαξ πληκτρολογίου. Έτσι, ακόμα κι αν σε μεταγενέστερη ημερομηνία, η κβαντική κρυπτογράφηση δεν μπορεί να μεταφερθεί, όπως συμβαίνει με τις κακές καιρικές συνθήκες, αφού μεταφερθεί το κλειδί, τα δεδομένα θα μπορούσαν να αποκρυπτογραφηθούν, παρά την απόσταση των 12,900 χιλιομέτρων.

Εφαρμογές

Οι πρώτες εφαρμογές είναι πιθανές για εφαρμογές εθνικής ασφάλειας και στρατιωτικών, καθώς αυτοί είναι οι κύριοι καταναλωτές άθραυστων, υψηλής ασφάλειας υπηρεσιών κρυπτογράφησης.

Ωστόσο, αυτό δεν πρέπει να είναι το τελικό σημείο αυτής της τεχνολογίας. Ένας μεγάλος αστερισμός δορυφόρων θα μπορούσε να εκτελέσει τη μεταφορά των κλειδιών κρυπτογράφησης και για εμπορικούς καταναλωτές. Αυτό μπορεί να περιλαμβάνει εταιρείες τεχνολογίας, χρηματοοικονομικές εταιρείες, ανταλλαγές κρυπτογράφησης κ.λπ.

Ωστόσο, αυτό το επίπεδο ασφάλειας είναι, προς το παρόν, απίθανο να χρησιμοποιηθεί από τους περισσότερους χρήστες του Διαδικτύου, καθώς θα εξακολουθεί να είναι πολύ τεχνικό και πιο ακριβό από άλλες μεθόδους κρυπτογράφησης.

Η αγορά της κβαντικής κρυπτογράφησης αναμένεται να αυξηθεί κατά ένα εκπληκτικό 38.3% από το 2024 έως το 2030, από 518 εκατομμύρια δολάρια.

Πηγή: Μεγάλη προβολή έρευνας

Συνολικά, αυτό σημαίνει ότι ένα νέο και πανταχού παρόν επίπεδο διαστημικών τηλεπικοινωνιών θα μπορούσε να προστεθεί σύντομα, όχι ένα ευρυζωνικό Διαδίκτυο όπως το Starlink, αλλά από σημείο σε σημείο, αδύνατο να κατασκοπευθεί ασφαλής κρυπτογράφηση.

Καθώς αυτό το δίκτυο μεταφέρει μόνο το κλειδί κρυπτογράφησης, όχι πραγματικά δεδομένα, θα μπορούσε να είναι ένας ισχυρός τρόπος για τη βελτίωση της ασφάλειας της κρυπτογράφησης των δορυφορικών τηλεπικοινωνιών.

Το επόμενο βήμα θα είναι επίσης η δοκιμή γεωστατικών δορυφόρων, καθώς αυτό θα βελτίωνε ριζικά τον ρυθμό μεταφοράς των κλειδιών κρυπτογράφησης.

Θα ήταν επίσης πιο λογικό μακροπρόθεσμα για ένα εμπορικό σύστημα, καθώς ο εξαιρετικά χαμηλός λανθάνων χρόνος που συνδέεται με τη χαμηλή τροχιά της Γης δεν είναι τόσο απαραίτητος για την κβαντική κρυπτογράφηση.

Εταιρεία Κβαντικής Κρυπτογράφησης

Arqit Quantum Inc

Η Arquit είναι προμηθευτής μιας «πλατφόρμας κρυπτογράφησης συμμετρικής συμφωνίας κλειδιού ασφαλούς για κβαντικά κριτήρια».

Με απλούστερους όρους, συσκευές που παρέχουν κρυπτογράφηση που είναι ασφαλής από την πρόοδο στην πρόοδο των κβαντικών υπολογιστών.

Τα προϊόντα της εταιρείας είναι συμβατά με τα πρότυπα της NSA, καθώς και με πολλά άλλα πρότυπα κυβερνοασφάλειας και κρυπτογράφησης.

Στους πελάτες της Arquit περιλαμβάνονται οι περισσότερες από τις μεγαλύτερες εταιρείες κυβερνοασφάλειας και δικτύων, όπως οι Fortinet, Juniper Network, Intel, Adtran κ.λπ.

Το σχετικό λογισμικό μπορεί να ενσωματωθεί με τους περισσότερους προμηθευτές OEM (Original Equipment Manufacturer) και βασίζεται σε cloud.

Πηγή: Arquit

Αυτή η τεχνολογία αναγνωρίζεται από τον κλάδο ως ηγέτης στην ποιότητα κρυπτογράφησης, έχοντας κερδίσει τα National Cyber ​​Awards και το Βραβείο Cyber ​​Security Software Company of the Year στο Βραβεία Κυβερνοασφάλειας. Κέρδισε επίσης το βραβείο CTO Outstanding Technology για την ασφαλή λύση 5G στο Mobile World Congress.

Παρά τον εντυπωσιακό κατάλογο πελατών, συνεργατών και βραβείων, η Arquit εξακολουθεί να είναι μια νέα εταιρεία, με έσοδα μόλις 293,000 $ το 2024.

Αυτό, ωστόσο, δεν αντικατοπτρίζει την πραγματική αξία της εταιρείας, καθώς αναμένει συμβόλαια δεκάδων εκατομμυρίων να προέρχονται από κρατικές και ιδιωτικές εταιρείες στο εγγύς μέλλον:

Οι περισσότερες συμβάσεις ήταν περιορισμένες άδειες για επίδειξη και δοκιμή ενσωμάτωσης του λογισμικού συμφωνιών συμμετρικών κλειδιών της Arqit.

Όπως είχε ανακοινωθεί προηγουμένως, η Arqit έλαβε μια πολυετή σύμβαση άδειας εκμετάλλευσης επιχειρήσεων στην περιοχή EMEA για έναν κυβερνητικό τελικό χρήστη που αναμένεται να οδηγήσει σε επταψήφια ετήσια επαναλαμβανόμενα συνολικά έσοδα. Πριν από το τέλος του οικονομικού έτους 2024, η σύμβαση είχε οριστικοποιηθεί. Η δημιουργία εσόδων αναμένεται να ξεκινήσει την τρέχουσα οικονομική περίοδο.

Ομοίως, ξεκίνησε το Sparkle το 2024 τοs «Δίκτυο ως υπηρεσία (NaaS) Σουίτα προϊόντων με Quantum-Safe μέσω Διαδικτύου», χρησιμοποιώντας προϊόντα Arquit.

Μαζί με μια ταμειακή θέση 18.7 εκατομμυρίων δολαρίων στο τέλος του 2024, τα επερχόμενα συμβόλαια θέτουν την Arquit σε θέση να εξελιχθεί σύντομα από την κατάστασή της ως startup πριν από τα έσοδα, δικαιολογώντας την 9ψήφια αποτίμησή της.

Τελευταία σχετικά με την Arqit Quantum Inc.

Αναφορά μελέτης:

^{1. Li, Y., Cai, WQ., Ren, JG. et al. Διανομή κβαντικού κλειδιού σε πραγματικό χρόνο που βασίζεται σε μικροδορυφόρους. Φύση (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-08739-z}