Hva er kvantekryptering?

Kvantekryptografi refererer til kryptografiske systemer som er avhengige av kvantemekaniske effekter og egenskaper for å utføre kryptografiske oppgaver. Dette er i motsetning til klassisk kryptografi som brukes på moderne datamaskiner. Et grunnleggende krav til kvantekryptografi er bruken av en kvantedatamaskin; det kan ikke utføres med en standard datamaskin.

QKD

Hovedfeltet innen kvantekryptografi er QKD. QKD står for Quantum Key Distribution. I stedet for å bruke en fullstendig kvantekrypteringsprosess, bruker QKD kvanteeffekter for å distribuere en klassisk krypteringsnøkkel på en sikker måte. Dette betyr at bare et bevist sikkert kvantekommunikasjonssystem må utvikles i stedet for mye mer komplekse kvantealgoritmer. Det reduserer også de fysiske kravene; teknisk sett ville bare et kvantenettverkskort være nødvendig på en vanlig datamaskin i stedet for en hel kvantedatamaskin.

Kvantemekanikk egner seg rimeligvis til å utvikle sikre kvantekommunikasjonssystemer. Det finnes måter å kommunisere med kvantekommunikasjonskanaler som en uautorisert tredjepart ikke kan overvåke uten at inntrengningen kan oppdages.

Sikkerheten til en kvantekommunikasjonskanal kan også reduseres til noen få svært minimale krav. En slik betingelse er at de to legitime partene skal ha en måte å autentisere seg med hverandre på. Et annet krav er ganske enkelt at kvantemekanikkens lover gjelder.

Hovedproblemet for QKD kommer fra vanskeligheten med å overføre kvanteinformasjon over betydelige avstander. Nåværende forskning gir mulighet for passende nøkkelavtaler over optiske fibre så lange som 550 km. Utover denne avstanden trengs kvanterepeatere for å sikre at signalet ikke går tapt i støyen. I tillegg vil ruting av kvantekommunikasjon over et kvanteinternett være utfordrende. Nåværende testsystemer har en tendens til å være punkt-til-punkt.

Andre forskningsfelt

Kvanteeffekter kan brukes innen mistroisk kvantedatabehandling. Her kan to parter samarbeide uten å stole på hverandre. Kvantesystemet kan utformes slik at begge parter kan bevise at den andre jukset. Disse metodene er imidlertid også avhengige av ikke-kvanteeffekter som spesiell relativitet.

Forskning pågår på andre felt, for eksempel å kreve at en mottaker befinner seg på et bestemt fysisk sted selv om to motstandere samarbeider. Andre ordninger forsøker å tvinge selv aktivt uærlige mottakere til å måtte være ærlige ved å implementere overveldende systemkrav for evnen til å være uredelig. Mye av denne typen arbeid har vist svakheter i dagens kvanteimplementeringer, men har latt døren stå åpen for fremtidig forskning på et veldig ungt felt.

Kvantekommunikasjon krever flere ting for å være virkelig sikker. For det første må optiske overføringer være i stand til å sende enkeltfotoner. Nåværende systemer har en tendens til å bruke lasere som sender flere fotoner. Teoretisk sett kunne en motstander avskjære en av mange fotoner uten å etterlate spor. Det er imidlertid lovende forskning i utviklingen av enkeltfotonkilder.

For det andre lider fotondetektorer av produksjonstoleransebaserte forskjeller, som åpner et vindu for en avlytter til å injisere seg selv i kommunikasjonsstrømmen uten å bli oppdaget. Dette problemet er umulig å løse fullt ut uten uendelig stramme toleranser, et ugjennomførbart krav.

Konklusjon

Kvantekryptografi refererer til kryptografi som gjør bruk av kvantemekaniske effekter. Det gjeldende primærfeltet er Quantum Key Distribution som bruker kvantekommunikasjonsmetoder for å overføre klassiske krypteringsnøkler. Kvantekryptografi må ikke forveksles med postkvantekryptografi.