Задачка с шариками

Испытание атомной бомбы возле атолла Бикини, 1946 год. Фото: Ann Ronan Picture Library / Photo12 / AFP / East News

Подлинность атомной бомбы можно будет проверить математически

Артем Асташенков

26 июня, 2014 11:25

4 мин

Американские ученые разработали систему защиты от мошенничества в ядерном разоружении, адаптирующую принципы криптографии к ядерной физике. Работа опубликована в журнале Nature 25 июня.

В процессе ядерного разоружения есть одна большая проблема: международные инспекторы никак не могут проверить, настоящую ли боеголовку демонстрируют им военные. Конечно, теоретически устройство можно разобрать или изучить при помощи множества детекторов, чтобы убедиться, что это — функционирующая бомба. Но ядерные державы ни за что не позволят посторонним узнать хоть что-либо об их секретных технологиях.

Пока что эту проблему удавалось обходить: по договору СНВ-III, например, Россия и США должны сократить арсеналы развернутых стратегических ядерных вооружений до 1550 единиц. Это означает, что счет идет на целые ракеты, а не отдельные боезаряды (их работоспособность не проверяется). Это немного упрощает работу инспекторов, но бесконечно так продолжаться не будет.

Действие СНВ-III заканчивается в 2021 году. После этого, если разоружение продолжится, диалог между Россией и США неизбежно пойдет о неразвернутых вооружениях (например, боеголовках на складах) и тактических зарядах (авиабомбах, «ядерных чемоданах» и так далее) — таких у каждой страны примерно по четыре тысячи. Международным инспекциям понадобится способ убедиться, что перед ними не муляж, не зная при этом ровным счетом ничего о конструкции бомбы.

В криптографии описан протокол взаимодействия между двумя субъектами, который называется «доказательством с нулевым разглашением». У первого участника — так называемого доказывающего — есть некое утверждение. Его доказательство секретно и известно только ему. Второй участник — проверяющий — знает только утверждение и должен убедиться в его достоверности, не выведав секрет. Для этого доказывающий предоставляет проверяющему некую задачу, решение которой и станет подтверждением достоверности.

Простейший пример доказательства с нулевым разглашением — задачка с шариками. Авторы нынешнего исследования как раз используют ее в качестве иллюстрации. У доказывающего есть две кружки со стеклянными шариками — якобы в каждой их поровну, но проверяющий не может их пересчитать. Доказывающий дает проверяющему два ведра с такими же шариками, утверждая, что и там их одинаковое количество — но и их отдельно пересчитать нельзя.

Проверяющий может выбрать, какую кружку высыпать в какое ведро, и после этого, наконец, пересчитать содержимое ведер. Если оно совпадает, то вероятность того, что доказывающий не обманул — 50%. Если всю процедуру повторить два раза, то вероятность будет уже 75%. После пяти повторений проверяющий уверен в честности доказывающего на 95%, хотя так и не узнал фактическое количество шариков в кружках.

Ученые из Принстонского университета и Принстонской лаборатории физики плазмы министерства энергетики США нашли способ превратить проверку подлинности ядерных боеголовок в описанную выше криптографическую игру. В роли кружек с шариками выступают две атомные бомбы: одну необходимо проверить, а про вторую заранее известно, что она настоящая. В роли ведер будут детекторы нейтронов — представители разоружающейся стороны должны будут предварительно прогнать через них некоторое, только им известное, количество элементарных частиц.

Инспектор размещает с одной стороны боеголовки подготовленный принимающей стороной детектор, а с другой — излучатель быстрых нейтронов. Бомбу обстреливают элементарными частицами, и некоторое их количество, зависящее от ядерных материалов внутри, проходит насквозь и попадает в детектор.

Инспектор, таким образом, не узнает количества покинувших боеголовку нейтронов, но может сверить показания двух детекторов, которые были заранее «накручены» принимающей стороной. Процедура повторяется несколько раз, чтобы исключить внешние факторы и убедиться, что представители разоружающейся страны не солгали. В процессе не измеряются никакие секретные данные и не используется оборудование, которое можно было бы обмануть или взломать.

Разработка этой методики заняла пять лет. Точная стоимость проекта не называется, но последний выделенный министерством энергетики грант составил $3,5 миллиона. Сейчас группа ученых работает над программой тестирования своего изобретения.

ТЕГИ

поддержать проект

Для поднятия хорошего настроения, вы можете угостить наших редакторов чашечкой кофе

Маленькая чашка кофе