Тысячи лет короли, королевы и полководцы управляли своими странами и командовали своими  войсками. В  то же время они осознавали последствия того, что произойдет, если их сообщения попадут не в те руки. Стремление обеспечить секретность означало, что в государствах развивались подразделения, обеспечивающие  секретность связи путем создания и разработки самых надежных шифров. А в это же самое время дешифровальщики противника старались раскрыть эти шифры. Дешифровальщики – этакие алхимики от лингвистики, которые пытаются получить осмысленные слова из бессмысленного набора символов. Как можно охарактеризовать процесс развития шифров? Здесь в полной мере подходит термин «эволюция», поскольку развитие шифров происходит именно таким путем. Как только дешифровальщики создают новое средство, которое выявляет слабое место шифра, применение этого шифра в будущем становится проблематичным. На его основе разрабатывается новый шифр, более стойкий к интеллектуальному взлому. В свою очередь, этот новый шифр процветает до тех пор, пока дешифровальщики не найдут способ раскрыть этот шифр. Это противостояние между разработчиками шифров и  дешифровальщиками  привело к появлению целого ряда замечательных научных открытий. В своих усилиях по сохранению и нивелированию секретности обе стороны привлекают разнообразные научные дисциплины и методы: от математики и до лингвистики, от теории информации до квантовой теории. Сказалось это и на бурном развитии современных компьютеров. Искусство секретной связи, известное как криптография, даст Вам замки и ключи информационного века.

Слово «код» относится к очень специфическому типу секретной связи, смысл которого за столетия применения изменился. В коде слово или фраза заменяется словом, числом или символом. У сотрудников  спецслужб вместо их подлинных имен используются псевдонимы. Как один из способов сбить противника с толку – фразу ‘Атаковать на рассвете’ можно было заменить кодовым словом Jupiter, и передать это слово командующему на поле боя. Если штаб и командующий заранее договорились о коде, то смысл слова Jupiter будет ясен тому, кому он предназначается, но не будет нести никакого смысла для перехватившего его противника. Альтернативой коду является шифр – способ более фундаментальный, когда происходит замена букв, а не слов полностью.  

Следует заметить, что навыки, что применяют для раскрытия содержания археологических документов, также тесно связаны с дешифрованием. Поразительные интеллектуальные достижения специалистов, раскрывших содержание письмен древних цивилизаций, позволяют прочесть  археологические документы о ранних цивилизациях, религиях, повседневной жизни наших предков.

Можно ли предсказать, придумают ли когда-нибудь шифровальщики действительно нераскрываемый шифр, осуществима ли абсолютная секретность? Насколько реально развитие квантовой криптографии? Возможно, квантовые компьютеры – устройства, потенциально способные взломать все существующие на сегодня цифры, уже кем-то созданы? Время покажет.

 Квантовый перенос в будущее

 Квантовая криптография является системой, которая обеспечивает секретность связи, не позволяя дешифровальщику безошибочно прочесть сообщения  между двумя союзниками. Более того, если сторонний дешифровальщик попробует осуществить перехват, то союзники смогут обнаружить его присутствие. Квантовая криптография дает возможность обменяться информацией и согласовать одноразовый шифроблокнот совершенно конфиденциальным образом, после чего они смогут использовать его в качестве шифроключа. Этот способ состоит из последовательности следующих  действий:

Один из участников обмена информацией посылает другому последовательность фотонов, а тот измеряет их.

Затем союзник, отправляющий фотоны, сообщает другому, в каких случаях он измерил их правильно. (Хотя он и сообщает , когда было выполнено правильное измерение, но не объявляет, каков должен быть правильный результат, так что, если перехватить их разговор, этот перехват будет безвреден)

Чтобы создать пару идентичных одноразовых шифроблокнотов, участники обмена информацией отбрасывают те измерения, которые были выполнены неверно, и оперируют правильно выполненными измерениями.

Союзники проверяют неприкосновенность своих одноразовых  шифроблокнотов  путем сличения нескольких величин.

Если проверка показала удовлетворительные результаты, они могут использовать одноразовый шифроблокнот для зашифровывания сообщения
Если же проверка выявила ошибки, им становится известно, что противник осуществил перехват фотонов, и им следует начать все заново.

Криптографы с энтузиазмом восприняли квантовую криптографию Беннета и Бассарда. Однако многие экспериментаторы считают, что эта система хорошо работает в теории, но окажется непригодной на практике из-за сложности обращения с некоторыми фотонами.  Как заявил Беннет ‘Нет никакого смысла отправляться на Северный Полюс, если Вы знаете, что он находится там’.

В 1988 году он начал собирать компоненты, необходимые для создания квантовой криптографической системы и пригласил аспиранта Дж. Смолина помочь ему собрать установку. Уединившись в своей лаборатории, внутри которой все было черным, как смоль, что предохраняло от случайных фотонов, которые могли бы проникнуть внутрь и помешать эксперименту. Они начали с того, что пытались  отправить поляризованные фотоны через комнату, а затем измерить их с помощью + детектора и х детектора.

Беннет  зарегестрировал  квантовый криптографический обмен. Компьютеры сумели отправить и получить фотоны, они сумели ‘договориться’ о поляризационных схемах, которые использовал один из компьютеров, отбросив фотоны, которые были измерены с помощью неправильного детектора, и согласовали одноразовый шифроблокнот, состоящий из оставшихся фотонов.

Эксперимент Беннета показал, что два компьютера смогли осуществить абсолютно секретную связь. Это был исторический эксперимент, несмотря на тот факт, что компьютеры находились на расстоянии всего лишь 30 сантиметров.

С момента эксперимента Беннета основной задачей стало создание квантовой криптографической системы, которая смогла бы работать на значительных расстояниях. Это не простая задача, более подходящей средой для передачи фотонов является оптоволокно, а не воздух, так как молекулы воздуха, взаимодействуя с фотоном, могут изменить его поляризацию, а это недопустимо.

В 1995 году исследователям из Женевского университета удалось реализовать квантовую криптографию по оптоволоконному кабелю протяженностью 23 км от Женевы до города Нион.

Группа ученых из Лосс-Аламосской национальной лаборатории снова приступила к экспериментам с квантовой криптографией в воздухе. Им удалось передать квантовый ключ на расстояние 1 км. Их конечной целью является создание квантовой криптографической  системы, которая сможет работать через спутники. Это позволит создать абсолютно стойкую глобальную связь.

Пока квантовая криптография не дает видимых преимуществ, так как шифр RSA уже обеспечивает доступ к практически нераскрываемому шифрованию. Однако, как только квантовые компьютеры станут реальностью, то RSA и другие современные шифры окажутся невостребованны, и тогда квантовая криптография превратится в необходимость.

Эксперимент в Швейцарии с оптоволоконными кабелями продемонстрировал, что вполне реально создать систему, которая обеспечит секретную связь между финансовыми учреждениями в пределах города.

Квантовая криптография означала бы конец противостоянию шифровальщиков и дешифровальщиков. За последние два тысячелетия криптографы в разное время были уверены, что одноалфавитный шифр, многоалфавитный шифр и машинные шифры нераскрываемы. Криптоаналитики рано или поздно находили способы или придумывали методы, которые помогали раскрыть  даже самые сложные шифры.
Если квантовые криптографические системы смогут действовать на значительных расстояниях, развитие шифров остановится. Поиск обеспечения секретности закончится. Технология для обеспечения безопасной связи будет доступна обществу.

Саймон Сингх, The Code Book «Тайная история шифров и их расшифровки»

Фонд электронных границ
www.eff.org

Центр квантовых вычислений
www.qubit.org

Национальный криптологический музей
www.nsa.gov:8080/museum