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5/27/2019

Verónica Fernández Mármol. Instituto de Seguridad de la Información, CSIC. 9 de Mayo de 2012

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Criptografía Cuántica en espacio libre

Verónica Fernández Mármol,

Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), Instituto de Tecnologías Físicas y de la Información (ITEFI)

C/ Serrano 144, Madrid 28006, Spain

[email protected]

http://images.google.es/imgres?imgurl=http://www.nanomedspain.net/es/LOGOS/11%20-%20CSIC.JPG&imgrefurl=http://www.nanomedspain.net/es/centros_investigacio.html&h=874&w=591&sz=72&hl=es&start=2&tbnid=dkDRFluSIJ7dWM:&tbnh=146&tbnw=99&prev=/images?q=CSIC&gbv=2&hl=es


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Amenaza a la seguridad • Todo lo que no esté cifrado con tecnologías

quantum safe será susceptible de ser descifrado por un ordenador cuántico exponiendo: – Información de empresas: secretos industriales – Información de gobiernos, agencias de inteligencia y

organismos militares: altamente sensible y de seguridad nacional

– Información de infraestructuras críticas: transporte, energía, etc.

– Información de los ciudadanos: datos médicos, personales, etc.

• ¿Cuando estará aquí el ordenador cuántico? Organismos como el NIST estiman 10 años…


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Comunicaciones Quantum Safe

• Distribución Cuántica de Clave (Quantum Key Distribution,

QKD) –Seguridad incondicional (No puede

romperse ni con infinita capacidad computacional)

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Redes de comunicaciones ópticas en espacio libre

• Plataformas estacionarias: – Estaciones

base, edificios, etc.

• Plataformas móviles: – UAVs, drones, – aviones, – vehículos

autónomos, etc. • Seguridad QKD

– Retos: • Velocidad • Turbulencia

4 Ref. M. Sasaki, Quantum Sci. Technol., 2, 020501, 2017


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Objetivo: enlace aéreo de QKD

a alta velocidad en alta turbulencia


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Transmisor: Alice

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λ ∼ 850 nm, señal cuántica

λ ∼ 1550 nm, señal de sincronizado

• Frecuencias de GHz • Alta precisión temporal


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Receptor: Bob

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• Telescopio Schmidt-Cassegrain • Detectores de fotones

individuales comerciales de Silicio • Analizador de intervalos de

tiempo de alta precisión • Filtrado de la radiación solar

Instituto de Tecnologías Físicas y de la Información (ITEFI)

Enlace de QKD 300 m

Instituto de Ciencias Agrarias 8

(≈1-2km debido a las pérdidas del

telescopio a 850nm extra de -5dB)


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~ 300 m

Pruebas a 300 metros


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Enlace de QKD a 300m

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Tasa de clave segura (considerando

ataques PNS+USD)

1Mbps (noche)

700 kbps (día)

M. J. García-Martínez et al, Applied Optics, 52, (14), pp. 3311-3317, (2013)

Limitación: Turbulencia y ruido solar

1 orden de magnitud


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Corrección activa de turbulencia atmosférica

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(Fast Steering Mirror)

(Proportional-Integrative-Derivative)

(Position Sensitive Detector)

Fine pointing/ tracking


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Alice

T

DM Lc

Ld

Ld

PID loop2

QD1

FSM1

FSM2

QD2

PID loop1 PSD

Fibre

~ 300 m link in open air

ϴElevation

ϴAzimuth

Quantum channel

Tracking channel

λ ~ 1550nm

λ ~ 850 nm

L3

L2

λ ~ 650nm

BL Quantum signal

Tracking signal

50mm-diameter

output beam ALICE

BOB

L1

DM

BS

λ ~ 850 nm

Turbulence

λ ~ 1550nm

Pruebas a 300 metros

V Fernandez et al, IEEE Access, Vol 6, Issue1, pp. 3336-3345 (2018)

A. Carrasco-Casado, N. Denisenko and V. Fernandez, Optical Engineering, 53 (8), 084112 (2014)


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Reducción del ruido después de corregir

hasta 3 veces menor área en el plano focal del receptor

Reducción de hasta 90% en error cuántico QBER en condiciones de alta turbulencia

Aumento tasa de clave segura

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Trabajo actual • Desarrollo de otros protocolos

de QKD basado en variables continuas, inmunes a la radiación solar y canal aéreo o fibra

• Adaptación a plataformas móviles

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¿Cómo colaborar? • A través de los dos tipos de contratos que

tiene el CSIC o a través de proyectos del CDTI o europeos

• Proyectos de desarrollo para pasar de TRLs medios a altos y transferibles a la industria y a la sociedad (organismos dispuestos a llevar a cabo parte de las tareas)

• Proyectos de investigación en los que los organismos interesados inviertan en la investigación realizada del CSIC


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Gracias [email protected]

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