Kaj je kvantna kriptografija?

Kvantna kriptografija se nanaša na kriptografske sisteme, ki se zanašajo na kvantno mehanske učinke in lastnosti za izvajanje kriptografskih nalog. To je v nasprotju s klasično kriptografijo, ki se uporablja v sodobnih računalnikih. Temeljna zahteva kvantne kriptografije je uporaba kvantnega računalnika; ni mogoče izvesti s standardnim računalnikom.

QKD

Glavno področje kvantne kriptografije je QKD. QKD pomeni Quantum Key Distribution. Namesto uporabe popolnoma kvantnega procesa šifriranja QKD uporablja kvantne učinke za varno distribucijo klasičnega šifrirnega ključa. To pomeni, da je treba razviti le dokazano varen kvantni komunikacijski sistem in ne veliko bolj zapletenih kvantnih algoritmov. Prav tako zmanjša fizične zahteve; tehnično bi bila na običajnem računalniku potrebna le kvantna omrežna kartica in ne cel kvantni računalnik.

Kvantna mehanika je razumno primerna za razvoj varnih kvantnih komunikacijskih sistemov. Obstajajo načini za komunikacijo s kvantnimi komunikacijskimi kanali, ki jih nepooblaščena tretja oseba ne more nadzorovati, ne da bi ta vdor zaznali.

Varnost kvantnega komunikacijskega kanala se lahko zmanjša tudi na nekaj zelo minimalnih zahtev. Eden od takšnih pogojev je, da imata dve zakoniti stranki način za medsebojno avtentikacijo. Druga zahteva je preprosto, da veljajo zakoni kvantne mehanike.

Glavna težava za QKD izhaja iz težav pri prenosu kvantnih informacij na velike razdalje. Sedanje raziskave omogočajo ustrezne stopnje dogovora o ključu prek optičnih vlaken, dolgih do 550 km. Nad to razdaljo so potrebni kvantni repetitorji, ki zagotavljajo, da se signal ne izgubi v šumu. Poleg tega bi bilo usmerjanje kvantnih komunikacij prek kvantnega interneta zahtevno. Trenutni preskusni sistemi so ponavadi od točke do točke.

Druga področja raziskovanja

Kvantne učinke je mogoče uporabiti na področju nezaupljivega kvantnega računalništva. Tu lahko dve strani sodelujeta, ne da bi si zaupali. Kvantni sistem je mogoče oblikovati tako, da lahko obe strani dokažeta, da je druga varala. Te metode pa se opirajo tudi na nekvantne učinke, kot je posebna relativnost.

Raziskave potekajo na drugih področjih, kot je zahteva, da je prejemnik na določeni fizični lokaciji, tudi če se dva nasprotnika dogovarjata. Druge sheme poskušajo celo dejavno nepoštene prejemnike prisiliti, da morajo biti pošteni, z izvajanjem ogromnih sistemskih zahtev za zmožnost goljufanja. Velik del te vrste dela je pokazal slabosti v trenutnih kvantnih implementacijah, vendar je pustil odprta vrata za prihodnje raziskave na zelo mladem področju.

Kvantna komunikacija zahteva več stvari, da je resnično varna. Prvič, optični prenosi morajo biti sposobni pošiljati posamezne fotone. Trenutni sistemi običajno uporabljajo laserje, ki pošiljajo več fotonov. Teoretično lahko nasprotnik prestreže enega od mnogih fotonov, ne da bi pustil sled. Vendar pa obstajajo obetavne raziskave pri razvoju virov posameznih fotonov.

Drugič, fotonski detektorji trpijo zaradi proizvodnih tolerančnih razlik, ki prisluškovalcu odprejo možnost, da se vbrizga v komunikacijski tok, ne da bi bil zaznan. Tega vprašanja je nemogoče v celoti rešiti brez neskončno ozkih toleranc, kar je neizvedljiva zahteva.

Zaključek

Kvantna kriptografija se nanaša na kriptografijo, ki uporablja kvantno mehanske učinke. Trenutno primarno področje je kvantna distribucija ključev, ki uporablja kvantne komunikacijske metode za prenos klasičnih šifrirnih ključev. Kvantne kriptografije ne smemo zamenjevati s postkvantno kriptografijo.