Co je kvantová kryptografie?

Kvantová kryptografie se týká kryptografických systémů, které se při provádění kryptografických úkolů spoléhají na kvantově mechanické efekty a vlastnosti. To je na rozdíl od klasické kryptografie používané na moderních počítačích. Základním požadavkem kvantové kryptografie je použití kvantového počítače; nelze jej provést pomocí standardního počítače.

QKD

Hlavním oborem kvantové kryptografie je QKD. QKD je zkratka pro Quantum Key Distribution. Namísto použití plně kvantového šifrovacího procesu využívá QKD kvantové efekty k bezpečné distribuci klasického šifrovacího klíče. To znamená, že je třeba vyvinout pouze osvědčený bezpečný kvantový komunikační systém spíše než mnohem složitější kvantové algoritmy. Snižuje také fyzické požadavky; technicky by na normálním počítači byla potřeba pouze kvantová síťová karta, nikoli celý kvantový počítač.

Kvantová mechanika se přiměřeně hodí k vývoji bezpečných kvantových komunikačních systémů. Existují způsoby, jak komunikovat s kvantovými komunikačními kanály, které neoprávněná třetí strana nemůže monitorovat, aniž by toto narušení bylo detekovatelné.

Bezpečnost kvantového komunikačního kanálu lze také snížit na několik velmi minimálních požadavků. Jednou z takových podmínek je, aby dvě legitimní strany měly nějaký způsob, jak se navzájem ověřit. Dalším požadavkem je prostě to, aby platily zákony kvantové mechaniky.

Hlavním problémem pro QKD je obtížnost přenosu kvantových informací na značné vzdálenosti. Současný výzkum umožňuje dosáhnout vhodných klíčových dohod na optických vláknech o délce až 550 km. Za touto vzdáleností jsou zapotřebí kvantové opakovače, které zajistí, že se signál neztratí v šumu. Směrování kvantové komunikace přes kvantový internet by navíc bylo náročné. Současné testovací systémy bývají point-to-point.

Další oblasti výzkumu

Kvantové efekty lze využít v oblasti nedůvěřivých kvantových výpočtů. Zde mohou dvě strany spolupracovat, aniž by si navzájem důvěřovaly. Kvantový systém lze navrhnout tak, aby obě strany mohly prokázat, že ta druhá podváděla. Tyto metody se však také spoléhají na nekvantové efekty, jako je speciální teorie relativity.

Výzkum probíhá i v jiných oblastech, jako je požadavek, aby se příjemce nacházel na určitém fyzickém místě, i když se domluví dva protivníci. Jiná schémata se pokoušejí donutit i aktivně nepoctivé příjemce, aby byli upřímní, a to implementací zdrcujících systémových požadavků na schopnost být podvodný. Velká část tohoto typu práce ukázala slabiny v současných kvantových implementacích, ale ponechala dveře otevřené pro budoucí výzkum ve velmi mladém oboru.

Kvantová komunikace vyžaduje několik věcí, aby byla skutečně bezpečná. Za prvé, optické přenosy musí být schopné posílat jednotlivé fotony. Současné systémy mají tendenci používat lasery, které vysílají více fotonů. Teoreticky by protivník mohl zachytit jeden z mnoha fotonů bez zanechání stopy. Existuje však slibný výzkum ve vývoji jednofotonových zdrojů.

Za druhé, fotonové detektory trpí výrobními tolerančními rozdíly, které otevírají okénko pro odposlechy, aby se vstříkli do komunikačního proudu, aniž by byli detekováni. Tento problém není možné plně vyřešit bez nekonečně úzkých tolerancí, což je nesplnitelný požadavek.

Závěr

Kvantová kryptografie označuje kryptografii, která využívá kvantově mechanické efekty. Současným primárním oborem je Quantum Key Distribution, který využívá metody kvantové komunikace k přenosu klasických šifrovacích klíčů. Kvantová kryptografie by neměla být zaměňována s postkvantovou kryptografií.