Автентичността на атомната бомба ще се тества математически

Американски учени са разработили система за защита от мошеничества в ядреното разоръжаване, адаптираща принципите на криптографията към ядрената физика. Работата е публикувана в сп. Nature.

В процеса по ядрено разоръжаване има един много голям проблем: международните инспектори не могат да проверят истински бойни глави ли им демонстрират военните.

Разбира се, теоретично устройството може да се провери или изучи с много детектори, за да е сигурно, че това е функционираща бомба. Но ядрените държави за нищо на света не позволяват да се знае каквото и да е за секретните им технологии.

Сега този проблем е намерил заобиколно решение – според договора СНВ-III например Русия и САЩ трябва да съкратят арсенали на разгърнатите стратегически ядрени оръжия до 1550 единици.

Това означава, че става дума за цели ракети, а не за отделни бойни глави (тяхната работоспособност не се проверява). Това малко опростява работата на инспекторите, но така не може да продължава до безкрайност.

Действието на СНВ-III завършва през 2021 г. След това, ако разоръжаването продължи, диалогът между Русия и САЩ неизбежно ще премине към неразгърнатите оръжия (например бойните глави в складовете) и тактическите заряди (авиобомби, „ядрени куфарчета“ и така нататък) – такива всяка страна има около четири хиляди.

Международната инспекция ще има нужда от начин да се убеди, че пред нея не е макет, без да знае абсолютно нищо за дизайна на бомбата.

В криптографията е описан протокол на взаимодействие между два субекта, който се нарича „доказателство за нулево знание“.

Първият участник – така нареченият доказващ – има някакво твърдение. Неговото доказателство е секретно и е известно само на него. Вторият участник – проверяващият – знае само твърдението и трябва да се убеди в неговата достоверност, без да разбере тайната. За това доказващият предоставя на проверяващия някаква задача, чието решение ще стане потвърждение на достоверността.

Прост пример за доказателство за нулево знание е задачка с топчета. Авторите на въпросното изследване я използват като илюстрация. Доказващият има две халби със стъклени топчета – във всяка от тях поравно, но проверяващият не може да ги преброи. Доказващият дава на проверяващия две кофи с такива топчета, твърдейки, че и там количеството им е еднакво – но те не могат да се преброят поотделно.

Проверяващият може да избере коя халба в коя кофа да изсипе и след това най-после да преброи съдържанието. Ако то съвпада, то вероятността, че доказващият не е излъгал, е 50%.

Ако цялата процедура се повтори два пъти, то вероятността вече ще бъде 75%. След петото повторение проверяващият 95% е сигурен в честността на доказващия, макар и да не е разбрал фактическото количество на топките в халбите.

Учените от Принстънския университет и Принстънската лаборатория по физика на плазмата към енергийното министерство на САЩ са намерили начин да превърнат проверката по автентичността на ядрените оръжия в описаната криптографска игра.

В ролята на халбите с топчетата влизат две атомни бомби – едната трябва да се провери, а за втората предварително е известно, че е истинска. В ролята на кофата са неутронни детектори – представителите на разоръжаващата се страна трябва предварително да пуснат през тях известно само на тях количество елементарни частици.

Инспекторът поставя от едната страна на ядреното оръжие подготвения приемащ детектор, а от другата – излъчвател на бързи неутрони. Бомбата се обстрелва с елементарни частици и известно количество от тях, зависещо от ядрените материали вътре, прониква и попада в детектора.

Инспекторът по такъв начин няма да разбере количеството напуснали бойната глава неутрони, но може да свери показанията на двата детектора, които предварително са били „натоварени“ от приемащата страна.

Процедурата се повтаря няколко пъти, за да се изключат външни фактори и да се убедят, че представителите на разоръжаващата се страна не са излъгали. В процеса не се измерват никакви секретни данни и не се използва оборудване, което може да бъде измамено или взломено.

Разработката на тази методика отнела пет години. Точната стойност на проекта не се назовава, но последното отделено от министерството на енергетиката финансиране било 3,5 милиона долара. Сега групата учени работи над програмата за тестване на своето изобретение.