Устройство, генерирующее ключи шифрования для передачи данных, которые будут практически неуязвимы для киберпреступников, разработали специалисты Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета (СПбГЭТУ) «ЛЭТИ», 26 декабря сообщает пресс-служба вуза.

В нашу эпоху интернета и цифровизации государством всех сфер жизни человека, происходит постоянный рост объема передаваемой информации. В том числе для удаленного управления деятельностью структур крупных предприятий — банков, промышленных, торговых, логистических, а также объектами критической инфраструктуры.

Обмен такой информацией предъявляет повышенные требования к обеспечению ее безопасности при передаче. Решают эту проблему в настоящее время с помощью различных криптографических систем. Принцип их работы основан на использовании так называемых ключей, которые представляют собой случайным образом сформированную последовательность символов.

В большинстве случаев такие ключи генерируют с помощью специального программного обеспечения. Но бурное развитие вычислительной техники привело к созданию мощных быстродействующих компьютеров, обладая которыми, злоумышленники могут, например, перебором комбинаций, относительно быстро расшифровать ключ практически любой длины.

Можно также выявить логику формирования случайного ключа или же взломать программу генерации и получить доступ ко всем ключам сразу. Такие действия могут нанести серьезный ущерб и частным лицам, и коммерческим компаниям, и государственным органам.

Поисками новых способов генерации ключей, устойчивых к взлому, заняты специалисты во многих странах мира. При этом такой способ должен поддерживать, ко всему прочему, включая помехоустойчивость, высокую скорость передачи информации не ниже 100 Гбит/с.

Руководитель стратегического проекта «Наногетероструктурная электроника, фотоника и радиофотоника», проректор по научной и инновационной деятельности, завкафедрой физической электроники и технологии (ФЭТ) СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Александр Семенов рассказал о данной разработке:

«В 2023 году СПбГЭТУ „ЛЭТИ“ успешно продолжил реализацию программы развития университета „Приоритет 2030“. В комплексном проекте по разработке новых устройств радиофотоники участвуют различные предприятия и организации. В этом году в рамках совместной работы был разработан уникальный генератор случайных битовых последовательностей».

Структурно в основе разработанного устройства лежит оптическая пара из квантово-каскадного лазера, работающего в особом режиме случайной генерации, и квантово-каскадного детектора. Такая оптопара может генерировать последовательность импульсов случайной интенсивности.

Изготовлением лазера и детектора занимались специалисты Физико-технического института (ФТИ) им. А. Ф. Иоффе РАН в содружестве с ООО «Коннектор Оптикс».

Исследование генерируемых последовательностей совместно проводилось в лаборатории магноники и радиофотоники СПбГЭТУ «ЛЭТИ» и лаборатории интегральной оптики на гетероструктурах ФТИ РАН. Результаты исследования доказали случайность формирования каждой последовательности, что позволяет использовать их как ключи шифрования.

Подробности проделанной работы были представлены в статье «Генерация случайных последовательностей за счет переключения поперечных мод в квантовом каскадном лазере», опубликованной в научном журнале «Письма в журнал технической физики. Год 2023, выпуск 22».

Проверка случайности генерации последовательностей доказывалась с помощью тестов, разработанных национальным институтом стандартов США (NIST).

«На основании проведенных тестов мы можем сказать, что созданное устройство является действующим прототипом генератора случайных последовательностей, которые могут применяться в качестве ключей шифрования для обеспечения защищенной передачи данных в передовых системах высокоскоростной связи», — пояснил руководитель лаборатории магноники и радиофотоники, профессор кафедры ФЭТ СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Алексей Устинов.

Ученый отметил, что технологии интегральной фотоники, которые могут использоваться для изготовления таких генераторов, вполне доступны российской промышленности и их производство может быть развернуто в короткие сроки.