Mi az a kvantumkriptográfia?

A kvantumkriptográfia olyan kriptográfiai rendszerekre utal, amelyek kvantummechanikai hatásokra és tulajdonságokra támaszkodnak kriptográfiai feladatok végrehajtásához. Ez ellentétben áll a modern számítógépeken használt klasszikus kriptográfiával. A kvantumkriptográfia alapvető követelménye a kvantumszámítógép használata; szabványos számítógéppel nem hajtható végre.

QKD

A kvantumkriptográfia fő területe a QKD. A QKD a Quantum Key Distribution rövidítése. A teljes kvantumtitkosítási eljárás helyett a QKD kvantumeffektusokat használ a klasszikus titkosítási kulcs biztonságos elosztására. Ez azt jelenti, hogy csak egy bizonyítottan biztonságos kvantumkommunikációs rendszert kell kifejleszteni, nem pedig sokkal bonyolultabb kvantumalgoritmusokat. Csökkenti a fizikai követelményeket is; technikailag egy normál számítógépen csak egy kvantum hálózati kártya kellene, nem pedig egy teljes kvantumszámítógép.

A kvantummechanika ésszerűen alkalmas a biztonságos kvantumkommunikációs rendszerek fejlesztésére. Vannak módok a kvantumkommunikációs csatornákkal való kommunikációra, amelyeket illetéktelen harmadik fél nem tud felügyelni anélkül, hogy a behatolás észlelhető lenne.

A kvantumkommunikációs csatorna biztonsága néhány nagyon minimális követelményre is csökkenthető. Az egyik ilyen feltétel, hogy a két törvényes félnek legyen valamilyen módja egymás hitelesítésére. Egy másik követelmény egyszerűen az, hogy a kvantummechanika törvényei érvényesüljenek.

A QKD fő problémája a kvantuminformációk jelentős távolságra történő továbbításának nehézsége. A jelenlegi kutatások megfelelő kulcsfontosságú megegyezési arányt tesznek lehetővé optikai szálakon akár 550 km-ig. Ezen a távolságon túl kvantumismétlőkre van szükség annak biztosítására, hogy a jel ne vesszen el a zajban. Ezenkívül kihívást jelentene a kvantumkommunikáció kvantuminterneten keresztül történő irányítása. A jelenlegi tesztrendszerek általában pontról pontra működnek.

Egyéb kutatási területek

A kvantumhatások a bizalmatlan kvantumszámítás területén hasznosíthatók. Itt két fél úgy tud együttműködni, hogy nem bízik egymásban. A kvantumrendszert úgy lehet megtervezni, hogy mindkét fél be tudja bizonyítani, hogy a másik csalt. Ezek a módszerek azonban nem kvantum hatásokra is támaszkodnak, mint például a speciális relativitáselmélet.

Kutatások folynak más területeken is, például megkövetelik, hogy a címzett egy adott fizikai helyen legyen, még akkor is, ha két ellenfél összejátszik. Más rendszerek még az aktívan tisztességtelen címzetteket is becsületességre próbálják kényszeríteni oly módon, hogy túlnyomó rendszerkövetelményeket hajtanak végre a csalás képességéhez. Az ilyen típusú munkák nagy része gyengeségeket mutatott a jelenlegi kvantummegvalósításokban, de nyitva hagyta az ajtót a jövőbeli kutatások számára egy nagyon fiatal területen.

A kvantumkommunikáció több dologra is szükség van ahhoz, hogy valóban biztonságos legyen. Először is, az optikai átvitelnek képesnek kell lennie egyetlen foton küldésére. A jelenlegi rendszerek általában több fotont küldő lézereket használnak. Elméletileg egy ellenfél elkaphat egyet a sok foton közül anélkül, hogy nyomot hagyna. Ígéretes kutatások folynak azonban az egyfotonforrások fejlesztésében.

Másodszor, a fotondetektorok a gyártási tolerancián alapuló különbségektől szenvednek, amelyek ablakot nyitnak a lehallgató számára, hogy anélkül fecskendezze be magát a kommunikációs folyamba, hogy észlelnék. Ezt a kérdést lehetetlen teljesen megoldani végtelenül szűk tűréshatárok nélkül, ami teljesíthetetlen követelmény.

Következtetés

A kvantumkriptográfia olyan kriptográfiát jelent, amely kvantummechanikai hatásokat használ. A jelenlegi elsődleges terület a Quantum Key Distribution, amely kvantumkommunikációs módszereket használ a klasszikus titkosítási kulcsok továbbítására. A kvantumkriptográfiát nem szabad összetéveszteni a posztkvantum kriptográfiával.