The Signal
La luce blu può far stimare a un sistema CV-QKD un tasso di chiave positivo quando quello corretto è non positivo
I ricercatori hanno scoperto che la luce a 405 nanometri può ridurre temporaneamente la varianza di modulazione di un trasmettitore quantistico, creando una discrepanza di calibrazione dopo che la varianza torna ai valori iniziali. I loro c
Quantum.world Team · Scritto con l’IA · verificato ·
La luce blu a 405 nanometri può far sì che un sistema di distribuzione quantistica delle chiavi a variabili continue riporti un tasso di chiave stimato positivo anche quando il tasso correttamente calibrato è non positivo, riferiscono i ricercatori in uno studio pubblicato il 29 ottobre. Il loro esperimento ha rilevato che la luce riduceva temporaneamente la varianza di modulazione di un modulatore al niobato di litio, che poi tornava ai valori iniziali dopo la cessazione dell’illuminazione. Se un sistema continua a usare la calibrazione effettuata durante l’illuminazione, i suoi calcoli di sicurezza possono interpretare erroneamente il comportamento del trasmettitore tornato allo stato iniziale.
Lo studio, «Reversible photorefractive attack in continuous-variable quantum key distribution», esamina una configurazione CV-QKD con oscillatore locale generato localmente. Gli autori descrivono il risultato come una prova sperimentale a livello di sistema del fatto che una variazione reversibile in un trasmettitore può compromettere la calibrazione della modulazione. L’attacco prende di mira le ipotesi utilizzate per stimare le condizioni del canale e calcolare se Alice e Bob possano estrarre in sicurezza una chiave segreta.
La luce blu cambia la calibrazione del trasmettitore
I ricercatori hanno illuminato il modulatore IQ con luce a 405 nanometri. Con una potenza incidente di 5 microwatt, la sua varianza di modulazione è scesa da 6,21 unità di rumore shot a un valore stabile di 4,78. Dopo lo spegnimento della luce, la varianza è tornata quasi al livello iniziale nell’arco di circa otto ore.
Questo ritorno è centrale per l’attacco proposto. Un attaccante esporrebbe il modulatore alla luce mentre Alice ne calibra l’uscita, per poi interrompere l’illuminazione. Una volta che il dispositivo fosse tornato allo stato iniziale, Alice e Bob potrebbero raccogliere dati usando una calibrazione non più corrispondente agli stati ottici effettivamente prodotti dal trasmettitore.
L’effetto non si è manifestato automaticamente come rumore aggiuntivo. Nelle misurazioni effettuate prima dell’illuminazione e in condizioni di illuminazione stabile a 4 e 5 microwatt, 56 delle 60 stime del rumore in eccesso erano comprese tra 0,04 e 0,06 unità di rumore shot. A 6 microwatt, invece, le stime sono salite a 0,22–0,31 unità di rumore shot, mentre la varianza di modulazione è rimasta instabile: cambiamenti che, secondo lo studio, potrebbero mettere in allerta gli utenti.
La discrepanza fa apparire il canale migliore
Usando i dati del ricevitore acquisiti dopo il ritorno allo stato iniziale in seguito all’illuminazione a 5 microwatt, gli autori hanno confrontato le stime basate sulla vecchia calibrazione, effettuata durante l’illuminazione, con quelle che usavano la varianza tornata ai valori iniziali. Le prime indicavano una trasmittanza del canale pari a 0,083, contro 0,065 usando la calibrazione successiva al ripristino. Indicavano inoltre un rumore in eccesso di 0,0414 unità di rumore shot, inferiore al valore ricalcolato di 0,0538.
I dati alterati vengono utilizzati nei calcoli del tasso di chiave. Nelle condizioni di sistema misurate, il tasso stimato con la calibrazione non più valida era di 1,02 × 10−3 bit per impulso, mentre il tasso correttamente calibrato era non positivo. Nell’analisi delle distanze condotta dagli autori, una discrepanza di calibrazione dovuta all’illuminazione a 5 microwatt ha esteso da circa 38 chilometri a circa 74 chilometri la distanza entro cui il tasso stimato risultava falsamente positivo.
Queste cifre provengono da calcoli asintotici del tasso di chiave basati su parametri misurati; non sono una dimostrazione dell’estrazione di una chiave segreta su un collegamento operativo. I risultati mostrano come un errore di calibrazione possa cambiare la stima della sicurezza, non che il sistema sperimentale abbia generato una chiave utilizzabile durante un attacco.
L’esperimento lascia aperta una questione sull’iniezione della luce
Per fornire una potenza sufficiente al modulatore, i ricercatori hanno introdotto la luce blu attraverso un divisore di fascio posto tra il modulatore e un attenuatore ottico, aggirando quest’ultimo. Lo studio afferma che l’iniezione attraverso l’intero percorso del canale quantistico deve ancora essere dimostrata sperimentalmente.
Lo studio descrive come la discrepanza di calibrazione influisca sulle stime del canale e del tasso di chiave. Non riferisce di un attaccante che abbia iniettato luce attraverso l’intero percorso del canale quantistico.
«Il rischio che ne deriva si estende quindi oltre il periodo di illuminazione, finché la calibrazione alterata rimane in uso.»Scrivono Junxuan Liu, Yuchao Liu, Qingquan Peng, Piao Tan, Tao Wang, Peng Huang e Anqi Huang, autori dello studio.
Gli autori propongono di verificare che la calibrazione del trasmettitore rimanga coerente con gli stati utilizzati per la stima dei parametri e la generazione delle chiavi, e affermano che i cambiamenti rilevati dovrebbero dar luogo a un controllo o a una ricalibrazione. Lo studio indica anche il filtraggio ottico, l’isolamento e il monitoraggio della potenza, avvertendo però che la protezione deve essere testata alla lunghezza d’onda dell’attacco.