Kas ir kvantu kriptogrāfija?

Kvantu kriptogrāfija attiecas uz kriptogrāfijas sistēmām, kas balstās uz kvantu mehāniskiem efektiem un īpašībām, lai veiktu kriptogrāfijas uzdevumus. Tas ir pretstatā klasiskajai kriptogrāfijai, ko izmanto mūsdienu datoros. Kvantu kriptogrāfijas pamatprasība ir kvantu datora izmantošana; to nevar veikt, izmantojot standarta datoru.

QKD

Galvenā kvantu kriptogrāfijas joma ir QKD. QKD nozīmē Quantum Key Distribution. Tā vietā, lai izmantotu pilnībā kvantu šifrēšanas procesu, QKD izmanto kvantu efektus, lai droši izplatītu klasisko šifrēšanas atslēgu. Tas nozīmē, ka ir jāizstrādā tikai pārbaudīta droša kvantu sakaru sistēma, nevis daudz sarežģītāki kvantu algoritmi. Tas arī samazina fiziskās prasības; tehniski parastajā datorā būtu nepieciešama tikai kvantu tīkla karte, nevis viss kvantu dators.

Kvantu mehānika ir pamatoti piemērota drošu kvantu sakaru sistēmu izstrādei. Ir veidi, kā sazināties ar kvantu sakaru kanāliem, kurus nesankcionēta trešā puse nevar pārraudzīt, ja šī ielaušanās nav nosakāma.

Kvantu sakaru kanāla drošību var arī samazināt līdz dažām ļoti minimālām prasībām. Viens no šādiem nosacījumiem ir, lai abām likumīgajām pusēm būtu kāds veids, kā savstarpēji autentificēties. Vēl viena prasība ir vienkārši piemērot kvantu mehānikas likumus.

Galvenā QKD problēma ir saistīta ar grūtībām pārraidīt kvantu informāciju ievērojamos attālumos. Pašreizējie pētījumi ļauj nodrošināt piemērotus galvenos vienošanās tarifus optiskajām šķiedrām līdz 550 km. Pārsniedzot šo attālumu, ir nepieciešami kvantu atkārtotāji, lai nodrošinātu, ka signāls netiek zaudēts troksnī. Turklāt kvantu sakaru maršrutēšana, izmantojot kvantu internetu, būtu sarežģīta. Pašreizējās pārbaudes sistēmas mēdz būt no punkta uz punktu.

Citas pētniecības jomas

Kvantu efektus var izmantot neuzticīgas kvantu skaitļošanas jomā. Šeit divas puses var sadarboties, viena otrai neuzticoties. Kvantu sistēmu var izveidot tā, lai abas puses varētu pierādīt, ka otra ir krāpusies. Tomēr šīs metodes balstās arī uz nekvantu efektiem, piemēram, īpašo relativitāti.

Pētījumi turpinās arī citās jomās, piemēram, pieprasot saņēmējam atrasties noteiktā fiziskā vietā, pat ja divi pretinieki sadarbojas. Citas shēmas mēģina piespiest pat aktīvi negodīgus saņēmējus būt godīgiem, ieviešot milzīgas sistēmas prasības, lai varētu būt krāpnieciski. Liela daļa šāda veida darbu ir parādījuši pašreizējās kvantu ieviešanas nepilnības, taču ir atstājuši durvis atvērtas turpmākiem pētījumiem ļoti jaunā jomā.

Lai kvantu komunikācija būtu patiesi droša, ir vajadzīgas vairākas lietas. Pirmkārt, optiskajām pārraidēm jāspēj nosūtīt atsevišķus fotonus. Pašreizējās sistēmas mēdz izmantot lāzerus, kas sūta vairākus fotonus. Teorētiski pretinieks varētu pārtvert vienu no daudzajiem fotoniem, neatstājot pēdas. Tomēr ir daudzsološi pētījumi atsevišķu fotonu avotu attīstībā.

Otrkārt, fotonu detektori cieš no ražošanas tolerances atšķirībām, kas paver logu noklausītājam, lai tas varētu iekļūt sakaru straumē bez atklāšanas. Šo problēmu nav iespējams pilnībā atrisināt bez bezgalīgi stingrām pielaidēm, kas ir neizpildāma prasība.

Secinājums

Kvantu kriptogrāfija attiecas uz kriptogrāfiju, kas izmanto kvantu mehāniskos efektus. Pašreizējais primārais lauks ir Quantum Key Distribution, kas izmanto kvantu komunikācijas metodes, lai pārsūtītu klasiskās šifrēšanas atslēgas. Kvantu kriptogrāfiju nevajadzētu jaukt ar pēckvantu kriptogrāfiju.