Što je kvantna kriptografija?

Kvantna kriptografija odnosi se na kriptografske sustave koji se oslanjaju na kvantno mehaničke učinke i svojstva za izvođenje kriptografskih zadataka. To je u suprotnosti s klasičnom kriptografijom koja se koristi na modernim računalima. Temeljni zahtjev kvantne kriptografije je korištenje kvantnog računala; ne može se izvesti pomoću standardnog računala.

QKD

Glavno polje u kvantnoj kriptografiji je QKD. QKD je kratica za Quantum Key Distribution. Umjesto potpunog kvantnog enkripcijskog procesa, QKD koristi kvantne efekte za sigurnu distribuciju klasičnog enkripcijskog ključa. To znači da je potrebno razviti samo dokazano siguran kvantni komunikacijski sustav, a ne mnogo složenije kvantne algoritme. Također smanjuje fizičke zahtjeve; tehnički, samo bi kvantna mrežna kartica bila potrebna na normalnom računalu, a ne cijelo kvantno računalo.

Kvantna mehanika razumno je pogodna za razvoj sigurnih kvantnih komunikacijskih sustava. Postoje načini za komunikaciju s kvantnim komunikacijskim kanalima koje neovlaštena treća strana ne može nadzirati, a da se taj upad ne otkrije.

Sigurnost kvantnog komunikacijskog kanala također se može svesti na nekoliko vrlo minimalnih zahtjeva. Jedan od takvih uvjeta je da dvije legitimne strane imaju neki način da se međusobno autentificiraju. Drugi uvjet je jednostavno da se primjenjuju zakoni kvantne mehanike.

Glavni problem za QKD dolazi od poteškoća u prijenosu kvantnih informacija na značajne udaljenosti. Trenutna istraživanja dopuštaju odgovarajuće ključne stope dogovora preko optičkih vlakana duljine do 550 km. Izvan ove udaljenosti potrebni su kvantni repetitori kako bi se osiguralo da se signal ne izgubi u šumu. Dodatno, usmjeravanje kvantne komunikacije preko kvantnog interneta bilo bi izazovno. Trenutačni testni sustavi imaju tendenciju da budu od točke do točke.

Ostala polja istraživanja

Kvantni efekti mogu se koristiti u polju nepovjerljivog kvantnog računalstva. Ovdje dvije strane mogu surađivati ​​bez povjerenja jedna u drugu. Kvantni sustav može biti dizajniran tako da obje strane mogu dokazati da je druga varala. Međutim, te se metode također oslanjaju na nekvantne učinke kao što je posebna relativnost.

U tijeku su istraživanja na drugim poljima, kao što je zahtjev da primatelj bude na određenoj fizičkoj lokaciji čak i ako se dva protivnika dogovaraju. Druge sheme pokušavaju prisiliti čak i aktivno nepoštene primatelje da moraju biti pošteni implementiranjem ogromnih sistemskih zahtjeva za mogućnost lažiranja. Velik dio ove vrste rada pokazao je slabosti u trenutnim kvantnim implementacijama, ali je ostavio otvorena vrata za buduća istraživanja u vrlo mladom području.

Kvantna komunikacija zahtijeva nekoliko stvari da bi bila uistinu sigurna. Prvo, optički prijenosi moraju biti sposobni slati pojedinačne fotone. Sadašnji sustavi imaju tendenciju da koriste lasere koji šalju više fotona. Teoretski, protivnik bi mogao presresti jedan od mnogih fotona bez ostavljanja traga. Međutim, postoje istraživanja koja obećavaju u razvoju izvora pojedinačnih fotona.

Drugo, fotonski detektori pate od razlika temeljenih na toleranciji proizvodnje, što otvara prozor za prisluškivača da se ubaci u komunikacijski tok, a da ne bude otkriven. Ovo pitanje je nemoguće u potpunosti riješiti bez beskonačno uskih tolerancija, neizvedivog zahtjeva.

Zaključak

Kvantna kriptografija odnosi se na kriptografiju koja koristi kvantno mehaničke učinke. Trenutačno primarno polje je kvantna distribucija ključeva koja koristi kvantne komunikacijske metode za prijenos klasičnih ključeva šifriranja. Kvantnu kriptografiju ne treba brkati s postkvantnom kriptografijom.