Hollow core fiber har ett ihåligt centrum fyllt med luft, som löper hela kabelns längd och är innesluten i en ring av glas.
Bild: BT/Lumenisity
En ny typ av optisk fiber fylld med ingenting annat än tunn luft har visat sig vara särskilt effektiv för att utföra kvantnyckeldistribution (QKD), ett säkerhetsprotokoll som i princip är ohackligt och kan spela en nyckelroll för att skydda känslig data mot allt mer sofistikerade cyberattacker.
BT experimenterade med QKD över en sex kilometer lång kabel av ihålig fiber, en teknik som den har arbetat med de senaste månaderna som ett alternativ till traditionella fiberoptiska kablar.
Optisk fiber är vanligtvis tillverkad av solida glaspartier som bär information genom att kanalisera ljussignaler som sänds ut av lasersändare. Hålkärnfiber, å andra sidan, har ett ihåligt centrum fyllt med luft, som löper hela kabelns längd och är inneslutet i en ring av glas.
Det visar sig att denna konfiguration är bättre lämpad för QKD, eftersom den minskar möjligheten att olika signaler stör varandra och förstör hela processen.
QKD fungerar på samma sätt som traditionell kryptografi: data kodas till ett oläsligt meddelande tack vare en kryptografinyckel som mottagaren behöver för att dekryptera informationen. Metoden fungerar genom att koda kryptografinyckeln till en kvantpartikel (eller kvbit) som skickas till den andra personen, som mäter kvbit för att få nyckelvärdet.
Detta tillvägagångssätt är särskilt intressant för säkerhetsforskare eftersom det är baserat på kvantfysikens lagar, som dikterar att qubits kollapsar så snart de mäts. Detta innebär att om en tredje part avlyssnar börsen och mäter qubitsna för att räkna ut kryptografinyckeln, skulle de oundvikligen lämna efter sig ett tecken på att de har trängt in.
Kryptografer kallar därför QKD “bevisligen” säkert. Metoden förväntas ge en ytterligare säkerhetsnivå för datautbyte, särskilt när hackare utvecklar bättre verktyg för att knäcka befintliga säkerhetsprotokoll.
Tekniken är framväxande, och forskare tittar på olika sätt att utföra QKD; men en av de mest etablerade metoderna består i att använda optiska fiberkablar för att skicka både qubits som laddas med kryptografinyckeln och det faktiska krypterade meddelandet.
Men när du använder traditionell optisk fiber, som är tillverkad av glas, är protokollets effektivitet begränsad. Detta beror på att de ljussignaler som bär information sannolikt kommer att sprida sina våglängder när de färdas genom glas, en effekt som kallas “överhörning” som gör att ljuskanaler läcker ut i andra kanaler.
Av detta skäl kan det krypterade meddelandet inte skickas via samma kabel som qubitsna, som är exceptionellt sköra och mottagliga för bullret som orsakas av överhörning. Hela processen, säger BT, är jämförbar med att försöka få en viskad konversation bredvid en orkester.
Det är här ihåliga kärnfibrer kan göra stor skillnad. I en luftfylld kanal sprids inte ljussignaler lika mycket, och mindre överhörning uppstår mellan kanalerna. Med andra ord kan det finnas en tydlig åtskillnad mellan den krypterade dataströmmen och den svaga kvantsignalen som bär krypteringsnyckeln – även om de båda färdas över samma fiber.
I slutändan kan därför ihåliga kärnfiber vara en mer effektiv kandidat för QKD-en “allt-i-ett” -lösning som kräver mindre infrastruktur för att byggas.
“Vi vet nu att om vi skulle sätta in ihåliga kärnfiber kan det möjliggöra för oss att sätta kvantkanaler potentiellt var som helst, utan att behöva oroa oss”, säger Catherine White, forskare på BT, till ZDNet. “Med standardfiber måste vi antingen tilldela separata fibrer till QKD -systemet eller så måste vi vara riktigt försiktiga med att inte ha för mycket klassisk kraft när vi planerar.”
Dessutom har BT i tidigare test av tekniken också visat att sändning av ljussignaler genom en luftfylld kärna är mycket snabbare än genom glas: enligt företaget möjliggör ihålig kärnfiber data för att resa upp till 50% snabbare än i traditionella optiska kablar.
Detta innebär att tekniken också kan avsevärt minska latensen vid överföring av data. “Den här prövningen visar oss materialet vi kan arbeta med, och det har underbara egenskaper som låg latens och låg spridning”, säger White.
BTs prövning är fortfarande begränsad: experimentet gick inte så långt som att utbyta verklig krypterad data, utan tittade istället på kvantpartikelns beteende när det skickades tillsammans med en högeffekts klassisk kanal, i detta fall en ljussignal. Försökets framgång, säger White, ligger i det faktum att båda kanalerna förblev friska, vilket inte skulle vara fallet med standardfiber.
“Vi bevisade bara nyckelutbyte och testade inte kryptering i det här fallet”, säger White.
Men parametrar från rättegången, till exempel kvantbitfel, indikerar att systemet effektivt genererade en nyckel som kan användas för att skydda data, fortsatte forskaren. Experiment pågår nu för att tillämpa konfigurationen på utbyte av data.
Nästa utmaning blir att ta reda på om tekniken kan skalas upp. BT testade QKD på en sex kilometer lång kabel-fortfarande långt ifrån andra experiment med det protokoll där forskare har lyckats leverera kvantpartiklar över hundratals kilometer.
Tidigare i år visade till exempel forskare från Toshiba Europes Cambridge Research Laboratory QKD på optiska fibrer som översteg 600 kilometer.
White förklarar att för alla dess egenskaper med låg latens och låg spridning är den ihåliga kärnfibern som används i BT: s försök inte lågförlust, vilket är en avgörande egenskap för att utöka räckvidden för QKD. Forskare arbetar dock med att finjustera materialet för att förbättra dess prestanda i det avseendet.
“Fynd visar att när vi ställer in fibern för specifika våglängder kan vi få en förvånansvärt låg förlust”, säger White. “Det här är mycket lovande och vi kommer att se vidare utveckling.”
“Det betyder att ihåliga kärnfibrer potentiellt kan hjälpa till att nå längre QKD -räckvidd än vi har sett”, tillade hon.
Innovation
Robotar för barn: STEM -kit och fler tekniska gåvor för hackare i alla åldrar De bästa VR- och AR -headseten för företag och privat bruk De bästa 3D -skrivarna för företag och hemmabruk Vad är AI? Allt du behöver veta Vi lever i en svindlande takt av tekniska förändringar. Är det bra för oss? (ZDNet YouTube) Gratis PDF: Robotics in the enterprise (TechRepublic)
Relaterade ämnen:
Telcos Security TV Data Management CXO Data Center 