Holle kernvezels hebben een hol centrum gevuld met lucht, dat over de hele lengte van de kabel loopt en is ingepakt in een ring van glas.
Afbeelding: BT/Lumenisiteit
Een nieuw type optische vezel, gevuld met niets anders dan ijle lucht, is bijzonder effectief gebleken voor het uitvoeren van kwantumsleuteldistributie (QKD), een beveiligingsprotocol dat in principe niet te hacken is en een sleutelrol zou kunnen spelen bij het beschermen van gevoelige gegevens tegen steeds geavanceerdere cyberaanvallen.
BT experimenteerde met QKD over een zes kilometer lange kabel van holle kernvezel, een technologie waaraan het de afgelopen maanden heeft gewerkt als alternatief voor traditionele glasvezelkabels.
Optische vezel is meestal gemaakt van massieve glasstrengen die informatie dragen door lichtsignalen te kanaliseren die worden uitgezonden door laserzenders. Holle kernvezel daarentegen heeft een hol centrum gevuld met lucht, dat over de hele lengte van de kabel loopt en is omhuld door een ring van glas.
Het blijkt dat deze configuratie beter geschikt is voor QKD, omdat het de kans verkleint dat verschillende signalen met elkaar interfereren en het hele proces bederven.
QKD werkt op dezelfde manier als traditionele cryptografie: gegevens worden gecodeerd tot een onleesbaar bericht dankzij een cryptografiesleutel die de ontvanger nodig heeft om de informatie te decoderen. De methode werkt door de cryptografiesleutel te coderen op een kwantumdeeltje (of qubit) dat naar de andere persoon wordt gestuurd, die de qubit meet om de sleutelwaarde te verkrijgen.
Deze benadering is vooral interessant voor beveiligingsonderzoekers omdat ze gebaseerd is op de wetten van de kwantumfysica, die dicteren dat qubits instorten zodra ze worden gemeten. Dit betekent dat als een derde partij de uitwisseling afluistert en de qubits meet om de cryptografiesleutel te achterhalen, ze onvermijdelijk een teken achterlaten dat ze zijn binnengedrongen.
Cryptografen noemen QKD daarom “aantoonbaar” veilig. De methode zal naar verwachting een extra niveau van veiligheid brengen voor gegevensuitwisseling, vooral omdat hackers betere tools ontwikkelen om bestaande beveiligingsprotocollen te kraken.
De technologie staat in de kinderschoenen en onderzoekers kijken naar verschillende manieren om QKD uit te voeren; maar een van de meest gevestigde benaderingen bestaat uit het gebruik van glasvezelkabels om zowel de qubits die zijn geladen met de cryptografiesleutel als het daadwerkelijke versleutelde bericht te verzenden.
Maar bij gebruik van traditionele glasvezel, die van glas is gemaakt, is de effectiviteit van het protocol beperkt. Dit komt omdat de lichtsignalen die informatie bevatten hun golflengten waarschijnlijk verspreiden wanneer ze door glas reizen, een effect dat “overspraak” wordt genoemd en ervoor zorgt dat lichtkanalen in andere kanalen lekken.
Om deze reden kan het versleutelde bericht niet via dezelfde kabel worden verzonden als de qubits, die uitzonderlijk kwetsbaar zijn en gevoelig zijn voor de ruis veroorzaakt door overspraak. Het hele proces, zegt BT, is vergelijkbaar met proberen een fluistergesprek te voeren naast een orkest.
Dit is waar holle kernvezels een groot verschil kunnen maken. In een met lucht gevuld kanaal worden lichtsignalen minder verstrooid en treedt er minder overspraak tussen kanalen op. Met andere woorden, er kan een duidelijke scheiding zijn tussen de versleutelde gegevensstroom en het zwakke kwantumsignaal dat de versleutelingssleutel draagt, zelfs als ze allebei over dezelfde vezel reizen.
Uiteindelijk zou daarom holle kernvezel een efficiëntere kandidaat kunnen zijn voor QKD – een “alles-in-één” oplossing waarvoor minder infrastructuur hoeft te worden gebouwd.
“We weten nu dat als we holle kernvezels zouden plaatsen, dit ons in staat zou kunnen stellen om kwantumkanalen te plaatsen waar we maar willen, zonder ons zorgen te hoeven maken”, vertelt Catherine White, een onderzoeker bij BT, aan ZDNet. “Terwijl we bij standaardvezel ofwel aparte vezels moeten toewijzen voor het QKD-systeem, of we moeten heel voorzichtig zijn om niet te veel klassiek vermogen te hebben bij het maken van de planning.”
Bovendien heeft BT in eerdere tests van de technologie ook aangetoond dat het verzenden van lichtsignalen door een met lucht gevulde kern veel sneller gaat dan door glas: volgens het bedrijf kunnen gegevens met holle kern worden verplaatst tot 50% sneller dan bij traditionele optische kabels.
Dit betekent dat de technologie ook de latentie bij de overdracht van gegevens aanzienlijk kan verminderen. “Deze proef laat ons zien met welk materiaal we kunnen werken, en het heeft geweldige eigenschappen zoals lage latentie en lage verstrooiing”, zegt White.
De proef van BT blijft beperkt: het experiment ging niet zo ver als het uitwisselen van daadwerkelijke versleutelde gegevens, maar keek in plaats daarvan naar het gedrag van het kwantumdeeltje wanneer het langs een krachtig klassiek kanaal werd gestuurd, in dit geval een lichtsignaal. Het succes van de proef, zegt White, ligt in het feit dat beide kanalen gezond bleven, wat niet het geval zou zijn met standaardvezel.
“We waren alleen bezig met het bewijzen van sleuteluitwisseling, niet met het testen van versleuteling in dit geval”, zegt White.
Maar parameters uit de proef, zoals de kwantumbit-foutfrequentie, geven aan dat het systeem effectief een sleutel heeft gegenereerd die kan worden gebruikt om gegevens te beschermen, vervolgde de onderzoeker. Er worden nu experimenten uitgevoerd om de configuratie toe te passen op de uitwisseling van gegevens.
De volgende uitdaging is om te kijken of de technologie kan worden opgeschaald. BT heeft QKD uitgeprobeerd op een zes kilometer lange kabel – nog ver verwijderd van andere experimenten met het protocol waarin onderzoekers erin zijn geslaagd om kwantumdeeltjes over honderden kilometers af te leveren.
Eerder dit jaar hebben onderzoekers van Toshiba Europe's Cambridge Research Laboratory bijvoorbeeld QKD aangetoond op optische vezels van meer dan 600 kilometer lang.
White legt uit dat, ondanks al zijn lage latentie- en lage verstrooiingseigenschappen, de holle kernvezel die in de proef van BT wordt gebruikt, geen verliesarme vezel is, wat een cruciale eigenschap is om het bereik van QKD te vergroten. Onderzoekers werken echter aan het verfijnen van het materiaal om de prestaties in dat opzicht te verbeteren.
“Bevindingen tonen aan dat we bij het afstemmen van de vezel op bepaalde golflengten een verbazingwekkend laag verlies kunnen hebben”, zegt White. “Dit is veelbelovend en we zullen verdere ontwikkelingen zien.”
“Het betekent wel dat holle kernvezels mogelijk kunnen helpen om langere bereiken van QKD te bereiken dan we hebben gezien,” voegde ze eraan toe.
Innovatie
Robots voor kinderen: STEM-kits en meer technische cadeaus voor hackers van alle leeftijden De beste VR- en AR-headsets voor zakelijk en persoonlijk gebruik De beste 3D-printers voor zakelijk en thuisgebruik Wat is AI? Alles wat u moet weten We leven in een duizelingwekkend tempo van technologische veranderingen. Is het goed voor ons? (ZDNet YouTube) Gratis pdf: Robotica in de onderneming (TechRepublic)
Verwante onderwerpen:
Telcos Security TV Data Management CXO Datacenters 