הושג קישור הצפנה קוונטית שוברת שיאים באמצעות מיקרו-לוויינים

עידן חדש להצפנה קוונטית

הצפנה של נתונים מועברים היא דאגה הולכת וגוברת, שכן יותר ויותר פונקציות קריטיות תלויות בקישורי נתונים בטוחים ומאובטחים. בהקשר של נתונים צבאיים, דיפלומטיים או אפילו עסקיים, מאובטח לא אומר רק להבטיח שאף אחד לא יגש לנתונים אלא גם להיות מסוגל לדעת אם צד שלישי כלשהו מנסה לצותת.

זה משהו שההצפנה הקוונטית תוכננה במיוחד לעשות, כאשר כל הפרעה מזוהה אוטומטית הודות לכללים הבסיסיים של הפיזיקה הקוונטית (ראה להלן).

עם זאת, ניהול השידור למרחקים ארוכים של הצפנה קוונטית היה מאתגר היסטורית, והגביל את התועלת של הטכנולוגיה.

זו כנראה בעיה של העבר, שכן חוקרים סינים הצליחו ליצור קישור לווייני קוונטי באורך 12,900 ק"מ (8,000 מייל) בין סין לדרום אפריקה.

הישג זה הושג באמצעות מאמץ שיתופי אדיר שהפגיש חוקרים מהמעבדה הלאומית של Hefei, האקדמיה הסינית למדעים, המכון ג'ינאן לטכנולוגיה קוונטית, המכון למדע וטכנולוגיה אלקטרוניקה של בייג'ינג, אוניברסיטת סטלנבוש (דרום אפריקה), CAS Quantum Network Co. Ltd. Quantum CTek Co. Ltd.

תוצאות אלו פורסמו ב-Nature¹, תחת הכותרת "הפצת מפתח קוונטי בזמן אמת מבוסס מיקרו-לווין".

הסבר על הצפנה קוונטית

הצפנה קוונטית, או חלוקת מפתח קוונטית (QKD), אינה הצפנה המסתמכת על יכולות מחשוב קוונטי (זה ייקרא קריפטוגרפיה קוונטית).

מה שהצפנה קוונטית עושה הוא ליצור מפתחות הצפנה כדי לספק סודיות, תוך שימוש בפוטונים בודדים כדי להעביר ולקודד את המפתחות.

מה שמייחד את הטכניקה הוא שלא ניתן ליירט, להעתיק או למדוד פוטונים בודדים מבלי לשנות את המצבים הקוונטיים שלהם. זה משהו בלתי אפשרי לחלוטין לשנות, שכן זה כלל קשה שהתבוננות בחלקיקים קוונטיים תוביל לשינוי המאפיינים שלהם.

מקור: קוסיד

כתוצאה מכך, בטוח ששני המשתמשים המתקשרים יהיו בטוחים שאף אחד אפילו לא מנסה לגשת למפתח, אפילו פחות הצליח לעשות זאת.

זה הופך את הטכניקה לאפשרות חזקה מאוד לשידורי נתונים מאובטחים חשובים, במיוחד למטרות ביטחון לאומי.

זה לא רעיון חדש, שכן הקונספט מבוסס על עבודה משנת 1984, אבל הוא נפרס רק כעת בקנה מידה. השיטה למעשה אינה מעבירה נתונים אלא היא רק המפתח לפענוח נתונים המועברים באמצעים רגילים.

(קודם) מגבלות של הצפנה קוונטית

עד כה, הצפנה קוונטית דרשה מערך משוכלל מאוד של תשתית ייעודית, עם סיבים אופטיים ייעודיים.

זהו תחום שבו סין מובילה, עם רשת קוונטית מבוססת סיבים יבשתיים באורך 2,000 ק"מ המחברת 32 צמתים מהימנים ברחבי ערים גדולות, מבייג'ין ועד שנגחאי. הפרויקט הקודם הזה נערך בהדרכתו של פיסיקאי הקוונטים הנודע פרופ' ג'יאן-וויי פאן, אחד ממובילי הפיתוח האחרון בהצפנה קוונטית.

גישה זו שונה באופן קיצוני מהאמריקנית, כאשר ה-NSA מעדיף טכנולוגיות חלופיות.

NSA רואה בהצפנה עמידה קוונטית (או פוסט-קוונטי) פתרון חסכוני יותר ומתוחזק בקלות מאשר הפצת מפתח קוונטי. מכל הסיבות הללו, NSA אינה תומכת בשימוש ב-QKD או QC כדי להגן על תקשורת במערכות אבטחה לאומיות ואינה צופה אישור או אישור של מוצרי אבטחה QKD או QC לשימוש על ידי לקוחות NSS, אלא אם כן מתגברים על מגבלות אלו.

בסך הכל, הצפנה קוונטית מבוססת מאוד על חומרה ואינה גמישה, ואינה ניתנת ליישום בתוכנה או כשירות ברשת. זה גם מקשה על השילוב שלו ברשתות אחרות, או על השדרוגים.

העברת הצפנה קוונטית לחלל

בנייה על מאמצי העבר

מגבלה זו המקושרת לרשת הסיבים האופטיים, פרויקט תשתית עצום, מוסרת על ידי מעבר לעבר הצפנה קוונטית מבוססת לוויין במקום זאת.

השלב הראשון היה מערך ניסוי מהפרויקט ניסויים קוונטיים בקנה מידה חלל (שאלה). הוא כלל את הלוויין Micius (בסינית: 墨子), בשיתוף עם אוניברסיטת וינה.

מיסיוס ניהל בעבר 7,600 ק"מ של קישורים קוונטיים בין יבשתיים מבוססי לוויין, בעזרת ניסוי תקשורת לייזר במודול מעבדת החלל הסינית Tiangong-2 (תחנת החלל הסינית).

זו הייתה דרך טובה להוכיח שהקונספט אפשרי אפילו. עם זאת, אב הטיפוס הזה עדיין לא הוכיח שאפשר לעשות את זה עם אלמנטים הדרושים לפריסה מעשית: לוויינים קטנים וקלים, תחנות קרקע ניידות והחלפת מפתחות מאובטחת בזמן אמת.

את הצד הדרום אפריקאי של מחקר זה הוביל פרופ' פרנצ'סקו פטרוצ'יונה, שפיתח את אחת מרשתות התקשורת הקוונטית הראשונות בעולם באמצעות סיבים אופטיים בדרבן, דרום אפריקה.

מקור: אוניברסיטת סטלנבוש

"הדגמה מוצלחת זו של טכנולוגיית הלוויין הקוונטית ממצבת היטב את דרום אפריקה כשחקן משמעותי במערכת האקולוגית העולמית של הטכנולוגיה הקוונטית המתפתחת במהירות.

Pr. פרנצ'סקו פטרוצ'ונה

היתרון של תקשורת לוויינים

היתרון הגדול ביותר של שימוש בלוויינים עבור סוג זה של תקשורת מוצפנת הוא שהוא אינו תלוי ברשת סיבים אופטיים קיימת ויעודית.

זה מאפשר פריסה רחבה של המערכת במקום להגביל רק למערכת ביתית יקרה ויחידה של סיבים אופטיים.

בונוס נוסף הוא שההישג הטכנולוגי הזה הושג על ידי שימוש במיקרו-לוויינים בלבד עם מטען של 23 ק"ג בלבד (50 פאונד). לעיון, לווייני Starlink הקטנים משהו שוקלים 800 ק"ג (1,760 פאונד) כל אחד.

מקור: רויטרס 

אז זה יהיה קל מאוד לפרוס קבוצת כוכבים מסיבית של מכשירים אלה ללא שיגורים מסלוליים רבים.

תחנת הקרקע הניידת שוקלת כ-100 קילוגרמים, מה שמקל על שינוע ויישום לכל מקום.

מגבלות של תקשורת לוויינית

מכיוון שהתקשורת מסתמכת על פוטונים, היא תלויה מאוד בתנאי מזג האוויר. ימים מעוננים, או אפילו כאשר הלוויין מיושר עם השמש, עלולים להפריע לתהליך.

אז, סביר להניח, זו לא טכנולוגיה שניתן להשתמש בה בכל תנאי כל הזמן. בכל זאת מדובר בהישג מרשים. ובאופן פוטנציאלי, השימוש בפוטונים בתדרים אחרים המושפעים פחות ממזג האוויר (כמו גלי מיקרו) יכול להיות שלב הגיוני ליישום.

כמה טוב זה עבד?

השפעת האקלים של טכנולוגיה זו הייתה אחת הסיבות לבחירת סטלנבוש, עם תנאי הסביבה האידיאליים שלה של שמיים בהירים ולחות נמוכה. בתנאים אלה, שיתוף של עד 1.07 מיליון סיביות של מפתחות מאובטחים הושג במהלך מעבר לווין בודד.

התקשורת הייתה גם דו-כיוונית, מה שאיפשר תקשורת מאובטחת בזמן אמת. אז מדובר בהצלחה שפתרה את כל המגבלות הקודמות של אב הטיפוס של Micius, כולל משקל הלוויין וחילופי התחנה שימושיים בזמן אמת.

דבר נוסף שהמערכת מדגימה הוא שהיא יכולה להעביר הצפנת משטח חד פעמית של תמונות. אז גם אם במועד מאוחר יותר, לא ניתן להעביר את ההצפנה הקוונטית, כמו במזג אוויר גרוע, ברגע שהמפתח הועבר, עדיין ניתן יהיה לפענח נתונים, למרות המרחק של 12,900 קילומטרים.

יישומים

היישומים הראשונים צפויים ליישומים ביטחוניים וצבאיים, שכן אלו הם הצרכנים המובילים של שירותי הצפנה בלתי ניתנים לשבירה, מאובטחים במיוחד.

עם זאת, זו לא צריכה להיות נקודת הסיום של טכנולוגיה זו. קבוצת לוויינים גדולה יכולה לבצע את העברת מפתחות ההצפנה גם עבור צרכנים מסחריים. זה יכול לכלול חברות טכנולוגיה, חברות פיננסיות, בורסות קריפטו וכו'.

עם זאת, רמת האבטחה הזו, לעת עתה, לא תשמש את רוב משתמשי האינטרנט, מכיוון שהיא עדיין תהיה טכנית מאוד ויקרה יותר משיטות הצפנה אחרות.

שוק ההצפנה הקוונטית צפוי לגדול בשיעור מדהים של 38.3% מ-2024 עד 2030, מ-518 מיליון דולר.

מקור: גרנד הצג מחקר

בסך הכל, זה אומר שבקרוב ניתן להוסיף שכבה חדשה ונמצאת בכל מקום של תקשורת חלל, לא של אינטרנט בפס רחב כמו Starlink, אלא הצפנה מאובטחת מנקודה לנקודה, בלתי אפשרית לרגל.

מכיוון שרשת זו מעבירה רק את מפתח ההצפנה, לא נתונים בפועל, זו יכולה להיות דרך רבת עוצמה לשפר את בטיחות ההצפנה של טלקומוניקציה לוויינית.

השלב הבא יהיה גם בדיקת לוויינים גיאוסטציונריים, מכיוון שהדבר ישפר באופן קיצוני את קצב ההעברה של מפתחות ההצפנה.

זה גם יהיה הגיוני יותר בטווח הארוך עבור מערכת מסחרית, שכן זמן אחזור נמוך במיוחד המקושר למסלול נמוך של כדור הארץ אינו נדרש כל כך להצפנה קוונטית.

חברת הצפנה קוונטית

Arqit Quantum Inc

Arquit היא ספקית של "פלטפורמת הצפנה של הסכם מפתח סימטרי בטוח בקוונטים".

במילים פשוטות יותר, מכשירים המספקים הצפנה בטוחה מהתקדמות בהתקדמות המחשוב הקוונטי.

מוצרי החברה עומדים בדרישות עם תקני NSA, כמו גם רבים אחרים של אבטחת סייבר וסטנדרטים קריפטוגרפיים.

בין לקוחותיה של Arquit נמנות רוב חברות הסייבר והרשתות הגדולות ביותר, ביניהן Fortinet, Juniper Network, Intel, Adtran ועוד.

התוכנה הקשורה ניתנת לשילוב עם רוב ספקי OEM (Original Equipment Manufacturer) והיא מבוססת ענן.

מקור: ארקוויט

טכנולוגיה זו מוכרת על ידי התעשייה כמובילה באיכות ההצפנה, לאחר שזכתה בפרסי הסייבר הלאומיים וחברת תוכנת אבטחת הסייבר של השנה ב- פרסי אבטחת סייבר. זה גם זכה בפרס CTO Outstanding Technology עבור פתרון 5G מאובטח ב- Mobile World Congress.

למרות סגל מרשים של לקוחות, שותפים ופרסים, Arquit היא עדיין חברה חדשה מאוד, עם הכנסות של 293,000$ בלבד ב-2024.

עם זאת, זה לא משקף את השווי האמיתי של החברה, שכן היא צופה חוזים בעשרות מיליונים שיגיעו מחברות ממשלתיות ופרטיות בעתיד הקרוב:

רוב החוזים היו רישיונות מוגבלים להדגמה ובדיקות אינטגרציה של תוכנת הסכם מפתח סימטרי של Arqit.

כפי שהוכרז בעבר, Arqit זכתה בחוזה רישיון ארגוני רב-שנתי באזור EMEA עבור משתמש קצה ממשלתי, שצפוי להניב שבעה ספרות בהכנסות החוזרות השנתיות בסך הכל. לפני תום שנת הכספים 2024, החוזה סוכם. הפקת ההכנסות צפויה להתחיל בתקופת הכספים הנוכחית.

באופן דומה, Sparkle הושק בשנת 2024 זהs "Network as a Service (NaaS) חבילת מוצרים עם קוונטית בטוחה דרך האינטרנט", באמצעות מוצרי Arquit.

יחד עם עמדת מזומנים של 18.7 מיליון דולר בסוף 2024, החוזים הקרובים מעמידים את ארקוויט בעמדה להתפתח בקרוב ממעמדה כסטארט-אפ לפני הכנסות, מה שמצדיק את הערכת השווי שלה בת 9 ספרות.

העדכני ביותר על Arqit Quantum Inc.

התייחסות למחקר:

^{1. Li, Y., Cai, WQ., Ren, JG. et al. הפצת מפתח קוונטי בזמן אמת מבוסס מיקרו-לווין. טבע (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-08739-z}