Обучающий набор основных принципов квантовой криптографии

Описание

- Предназначен для использования в образовательных, демонстрационных и учебных аудиториях;

- Полный комплект Photonics включает в себя все оборудование, а также подробное руководство и учебные материалы;

- Легко собрать и использовать;

- Выберите из образовательных комплектов, содержащих компоненты в дюймовой или метрической системе.

Подробнее об образовательном наборе

- Узнайте, как можно зашифровать и отправить информацию с помощью поляризации света;

- Сгенерируйте ключ шифрования, обеспечивающий приватное общение;

- Зашифровать, передать и расшифровать секретное сообщение;

- Изучите, как перехватчик вызывает ошибки при передаче;

- Продемонстрируйте шаги протокола шифрования BB84.

Демонстрационный набор основных принципов квантовой криптографии EDU-QCRY1 (/M) содержит компоненты для моделирования системы передачи данных с использованием протокола шифрования BB84. Этот метод шифрования позволяет отправителю и получателю генерировать ключ шифрования, который знают только они, и обнаруживать перехватчиков. В этом эксперименте поляризация проходящего света несет биты информации, которыми манипулируют с помощью полуволновых пластин и поляризационных светоделителей. В комплект учебной лаборатории входят лазеры, полуволновые пластины, поляризационные светоделители и детекторы, необходимые для моделирования отправителя (Alice), приемника (Bob) и подслушивающего устройства (Eve).

Обратите внимание, что это классический эксперимент, моделирующий ключевые принципы, используемые в квантовой криптографии. По аналогии с квантовой установкой, этот эксперимент работает с импульсным лазером вместо одиночных фотонов. Детекторы одиночных фотонов в этот комплект не входят.

Этот комплект разработан для демонстрации основ квантовой криптографии и протокола шифрования BB84 посредством серии экспериментов в классе. В этих экспериментах студенты узнают, как закодировать сообщения в двоичном формате, используя состояние поляризации света, а затем зашифровать их с помощью протокола BB84.

Протокол BB84

Протокол BB84 – это схема связи, которая сочетает в себе метод шифрования, известный как одноразовый блокнот, с методом квантового распределения ключей. Шифрование сообщения с использованием метода одноразового блокнота выполняется путем добавления двоичного ключа шифрования (состоящего из нулей и единиц) к сообщению, представленному в двоичном формате. Поскольку для ключа или сообщения нет методологии или шаблона, этот метод шифрования гарантирует, что зашифрованное сообщение может быть передано по общедоступным каналам.

Однако основная задача состоит в том, чтобы гарантировать, что только Alice и Bob знают ключ шифрования, и предотвратить перехват ключа шифрования злоумышленником (обозначенным как Eve). Протокол шифрования BB84 использует идею квантового распределения ключей (QKD), чтобы гарантировать, что только Alice и Bob знают ключ шифрования. QKD использует принципы квантовой физики, такие как кодирование одного бита информации в фотоне света, чтобы гарантировать, что информация не может быть скопирована. Любая попытка перехвата со стороны Eve неизбежно изменит состояние фотона. Таким образом, протокол BB84 предлагает возможность отправлять по-настоящему безопасные зашифрованные данные.

Моделирование протокола BB84 с использованием поляризации света

Набор EDU-QCRY1 (/M) моделирует метод BB84 с использованием состояний поляризации света (как показано на диаграмме ниже). Данные в виде бита кодируются в импульсный лазерный пучок путем изменения состояния поляризации. Более конкретно, бит кодируется с использованием базовой пары поляризации (представленной как + или x), которая преобразует бит в определенный угол поляризации. Базис + представлен поляризациями 0° и 90°, а базис x представлен поляризациями -45° и 45°. Одна из поляризаций в каждой паре представляет бит «0», а другая – бит «1». Alice выполняет передачу, испуская импульсный пучок излучения и устанавливая состояние поляризации с помощью полуволновой пластины для кодирования бита и базиса. Приемник (Bob) оснащен полуволновой пластиной и светоделителем, чтобы интерпретировать передачу как «0» или «1». Биты и базы выбираются случайным образом при каждой передаче; однако, сравнивая базисы, Alice и Bob могут сгенерировать уникальный ключ шифрования, известный только друг другу.

В этом эксперименте перехватчик (Eve) представлен модулем, который может получить передачу от Alice и затем попытаться отправить тот же сигнал Бобу. Хотя Eve может сделать это, поскольку «передача» является публичной, студенты узнают, какие это вызовет ошибки, которые обнаруживают присутствие перехватчика. Поскольку обнаружение перехватчика происходит во время передачи ключа шифрования после того, как Alice и Bob убедятся в отсутствии перехватчика, сообщение может быть отправлено без риска.

Принципиальная схема модулей Alice, Eve и Bob

Комплектация набора:

Примечания:

a. Эти компоненты основаны на RSP1X225, но имеют специальный циферблат, предназначенный для использования в наборах.

Примечания:

a. Эти компоненты являются специальной версией KM100PM (/M).

b. Этот компонент является версией CPS635R класса 2.

В каждом комплекте поставляются все необходимые материалы для сборки, в том числе ключи, отвертки и винты.