10.3.2) Сдс с анализом отраженного сигнала (рефлектометрические сдс) позволяют в наибольшей степени повысить надежность восп.

Для контроля величины мощности сигнала обратного рассеяния в ОВ в настоящее время используется метод импульсного зондирования, применяемый во всех образцах отечественных и зарубежных рефлектометров.

Суть его состоит в том, что в исследуемое ОВ вводится мощный короткий импульс, и затем на этом же конце регистрируется излучение, рассеянное в обратном направлении на различных неоднородностях, по интенсивности которого можно судить о потерях в ОВ, распределенных по его длине на расстоянии до 100 - 120 км.

Начальные рефлектограммы линии фиксируются при разных динамических параметрах зондирующего сигнала в памяти компьютера и сравниваются с соответствующими текущими рефлектограммами. Локальное отклонение рефлектограммы более чем на 0,1 дБ свидетельствует о вероятности попытки несанкционированного доступа к ОВ.

На рисунке 10 приведена упрощенная схема ВОСП с рефлектометрическими системами диагностики состояния тракта.

Рисунок 9 - ВОСП с рефлектометрическими системами диагностики

состояния тракта

Основными недостатками СДС с анализом отраженного сигнала на основе метода импульсной рефлектометрии являются следующие:

1) при высоком разрешении по длине ВОЛТ (что имеет важное значение для обнаружения локальных неоднородностей при фиксации НД) значительно снижается динамический диапазон рефлектометров и уменьшается контролируемый участок ВОЛТ ;

2) мощные зондирующие импульсы затрудняют проведение контроля ВОЛТ во время передачи информации, что снижает возможности СДС, либо усложняет и удорожает систему диагностики;

3) источники мощных зондирующих импульсов имеют ресурс, недостаточный для длительного непрерывного контроля ВОЛС;

4) специализированные источники зондирующего оптического излучения, широкополосная и быстродействующая аппаратура приемного блока рефлектометров значительно удорожает СДС.

10.6) Применение криптографических средств защиты

Сейчас во всем мире интенсивно развивается новое перспективное направление - квантовая (оптическая) криптография. Она основана на естественной связи дискретной математики (криптографии) и дискретной (квантовой) механики физических процессов. Методы квантовой криптографии потенциально обеспечивают высокую степень защиты от перехвата информации на линии связи за счет передачи данных в виде отдельных фотонов, поскольку неразрушающее измерение их квантовых состояний в канале связи перехватчиком невозможно, а факт перехвата фотонов из канала может быть выявлен по изменению вероятностных характеристик последовательности фотонов. [17]

Состояние квантового объекта может быть определено измерением. Однако сразу после выполнения этого измерения квантовый объект неизбежно переходит в другое состояние, причем предсказать это состояние невозможно. Следовательно, если в качестве носителей информации использовать квантовые частицы, то попытка перехватить сообщение приведет к изменению состояния частиц, что позволит обнаружить нарушение секретности передачи.

Кроме того, невозможно получить полную информацию о квантовом объекте, и, следовательно, невозможно его скопировать. Таким образом, можно перечислить основные свойства квантовых систем:

1. Невозможно произвести измерение квантовой системы, не нарушив ее;

2. Невозможно определить одновременно позицию и момент частицы со сколь угодно высокой точностью;

3. Невозможно одновременно измерить поляризацию фотона в вертикально-

горизонтальном и в диагональном базисах;

4. Невозможно дублировать неизмеренное квантовое состояние.

Отсюда следует, что из-за ограниченности возможностей по измерению квантовых система, использовать квантовые способы передачи данных в целом невыгодно, однако задействовать квантовый канал для согласования или распространения ключа между отправителем (далее Алиса) и получателем (далее Боб), размер которого обычно значительно меньше размера блока данных, нуждающегося в шифровании, представляется разумным из-за

следующих свойств квантовых систем: при перехвате ключа третьим лицом (далее Ева), неизбежна подмена пересылаемых квантов. Из-за невозможности точно измерить позицию и момент кванта, часть подмененных Евой квантов будет отличаться от посланных Алисой. Следовательно, если после получения Бобом всей последовательности квантов он сравнит по открытому каналу какую-то ее подпоследовательность с отправленными Алисой, то, при

слишком частом вмешательстве Евы, сравниваемые последовательности будут сильно отличаться.[41, стр. 3]

Идея использовать квантовые объекты для защиты информации от подделки и несанкционированного доступа впервые была высказана Стефаном Вейснером (Stephen Weisner) в 1970 г. Спустя 10 лет Беннет и Брассард, которые были знакомы с работой Вейснера, предложили использовать квантовые объекты для передачи секретного ключа. В 1984 г. они опубликовали статью, в которой описывался протокол квантового

распространения ключа ВВ84.

Носителями информации в протоколе ВВ84 являются фотоны, поляризованные под углами 0, 45, 90, 135 градусов. В соответствии с законами квантовой физики, с помощью измерения можно различить лишь два ортогональных состояния: если известно, что фотон поляризован либо вертикально, либо горизонтально, то путем измерения, можно установить — как именно; то же самое можно утверждать относительно поляризации под углами 45 и 135 градусов. Однако с достоверностью отличить вертикально поляризованный фотон от фотона, поляризованного под углом 45 градусов, невозможно.

Эти особенности поведения квантовых объектов легли в основу протокола квантового распространения ключа. Отправитель кодирует отправляемые данные, задавая определенные квантовые состояния, получатель регистрирует эти состояния. Затем получатель и отправитель совместно обсуждают результаты наблюдений. В конечном итоге со сколь угодно высокой

достоверностью можно быть уверенным, что переданная и принятая кодовые

последовательности тождественны. Обсуждение результатов касается ошибок, внесенных шумами или злоумышленником, и ни в малейшей мере не раскрывает содержимого переданного сообщения. Может обсуждаться четность сообщения, но не отдельные биты. Открытый канал связи не обязан быть конфиденциальным, только аутентифицированным.

Чтобы обменяться ключом, Алиса и Боб предпринимают следующие действия:

1. Алиса посылает Бобу бит Ai , задавая определенное квантовые состояние - поляризацию в 0, 45, 90, 135 градусов. Отсчет углов можно вести от направления "вертикально вверх" по часовой стрелке.

2. Боб располагает двумя анализаторами: один распознает вертикально-горизонтальную поляризацию, другой — диагональную. Для каждого фотона Боб случайно выбирает один из анализаторов и записывает тип анализатора и результат измерений. Полученный, т.н. «сырой», ключ Bi = Ai с вероятностью P = 75%. То есть он содержит ~ 25% ошибок.

3. По общедоступному каналу связи Боб сообщает Алисе, какие анализаторы использовались, но не сообщает, какие результаты были получены.

4. Алиса по общедоступному каналу связи сообщает Бобу, какие анализаторы он выбрал правильно. Те фотоны, для которых Боб неверно выбрал анализатор, отбрасываются.

5. Для обнаружения перехвата Алиса и Боб выбирают случайный участок ключа и сравнивают его по общедоступному каналу связи. Если процент ошибок велик, то он может быть отнесен на счет Евы, и процедура повторяется сначала.

В качестве источника света может использоваться светоизлучающий диод или лазер. В качестве проводника используют либо пространство, либо оптические кабели. [41, стр.4]

Пример шифрования по протоколу ВВ84 приведен ниже.

Таблица 1 - Условные обозначения

Обозначение	Поляризация фотонов	Кодируемый бит
|	Вертикальная	0
—	Горизонтальная	1
/	Под углом 45 градусов	0
\	Под углом 135 градусов	1

Эти правила могут с легкостью быть заменены на противоположные (лишь бы Алиса и Боб договорились между собой), однако в таблицах приняты именно эти обозначения.

Таблица 2 — Условные обозначения анализаторов и поляризации фотонов

Обозначение анализатора	Поляризация фотонов
+	Прямоугольный
х	Диагональный

Если бы Ева производила перехват информации при помощи оборудования, подобного оборудованию Боба, то примерно в 50 процентах случаев она выберет неверный анализатор, не сможет определить состояние полученного ею фотона, и отправит фотон Бобу в состоянии, выбранном наугад. При этом в половине случаев она выберет неверную поляризацию и, таким образом, примерно в 25 процентах случаев результаты измерений Боба могут отличаться

от результатов Алисы. Это довольно заметно и быстро обнаруживаемо. Однако, если Ева перехватывает только 10% информации, тогда уровень ошибок будет 2.5%, что менее заметно.[41, стр.5]

Таблица 3 — Пример кодирования с помощью протокола BB84

Последовательность фотонов Алисы	|	/	/	—	\	|	|	—	—
Последовательность анализаторов Боба	+	x	+	+	x	x	x	+	x
Результаты измерений Боба	0	0	1	1	1	0	1	1	0
Анализаторы выбраны верно	да	да		да	да			да
Ключ	0	0		1	1			1

Практическая схема реализации протокола BB84 (однонаправленного канала с квантовым шифрованием) показана на рисунке 11. Передающая сторона находится слева, а принимающая - справа. Ячейки Покеля служат для

импульсной вариации поляризации потока квантов передатчиком и для анализа импульсов поляризации приемником. Передатчик может формировать одно из четырех состояний поляризации (0, 45, 90 и 135 градусов). Собственно передаваемые данные поступают в виде управляющих сигналов на эти ячейки. В качестве канала передачи данных может использоваться оптическое волокно. В качестве первичного источника света можно использовать и лазер.

На принимающей стороне после ячейки Покеля ставится кальцитовая призма, которая расщепляет пучок на два фотодетектора (ФЭУ), измеряющие две ортогональные составляющие поляризации. При формировании передаваемых импульсов квантов приходится решать проблему их интенсивности. Если квантов в импульсе 1000, есть вероятность того, что

100 квантов по пути будет отведено злоумышленником на свой приемник. Анализируя позднее открытые переговоры между передающей и принимающей стороной, он может получить нужную ему информацию. В идеале число квантов в импульсе должно быть около одного. Здесь любая попытка отвода части квантов злоумышленником приведет к существенному росту числа ошибок у принимающей стороны. В этом случае принятые данные должны быть отброшены и попытка передачи повторена. Но, делая канал более

устойчивым к перехвату, мы в этом случае сталкиваемся с проблемой "темнового" шума (выдача сигнала в отсутствии фотонов на входе) приемника (ведь мы вынуждены повышать его чувствительность). Для того чтобы обеспечить надежную транспортировку данных логическому нулю и единице могут соответствовать определенные последовательности состояний, допускающие коррекцию одинарных и даже кратных ошибок.

Рисунок 12 - Реализация однонаправленного канала с квантовым

шифрованием (протокол BB84):

а) Схема передающей стороны;

б) Схема принимающей стороны