Čo je kvantová kryptografia?

Kvantová kryptografia sa vzťahuje na kryptografické systémy, ktoré sa pri vykonávaní kryptografických úloh spoliehajú na kvantové mechanické efekty a vlastnosti. To je na rozdiel od klasickej kryptografie používanej na moderných počítačoch. Základnou požiadavkou kvantovej kryptografie je použitie kvantového počítača; nie je možné vykonať pomocou štandardného počítača.

QKD

Hlavnou oblasťou kvantovej kryptografie je QKD. QKD znamená Quantum Key Distribution. Namiesto použitia plne kvantového šifrovacieho procesu využíva QKD kvantové efekty na bezpečnú distribúciu klasického šifrovacieho kľúča. To znamená, že je potrebné vyvinúť iba overený bezpečný kvantový komunikačný systém, a nie oveľa zložitejšie kvantové algoritmy. Znižuje tiež fyzické požiadavky; technicky by sa na bežnom počítači vyžadovala iba kvantová sieťová karta, a nie celý kvantový počítač.

Kvantová mechanika sa primerane hodí na vývoj bezpečných kvantových komunikačných systémov. Existujú spôsoby komunikácie s kvantovými komunikačnými kanálmi, ktoré neautorizovaná tretia strana nemôže monitorovať bez toho, aby bolo možné toto narušenie zistiť.

Bezpečnosť kvantového komunikačného kanála môže byť tiež znížená na niekoľko veľmi minimálnych požiadaviek. Jednou z takýchto podmienok je, aby sa dve legitímne strany mali nejakým spôsobom vzájomne autentifikovať. Ďalšou požiadavkou je jednoducho to, aby platili zákony kvantovej mechaniky.

Hlavným problémom QKD je problém s prenosom kvantových informácií na veľké vzdialenosti. Súčasný výskum umožňuje vhodné kľúčové miery zhody na optických vláknach dlhých až 550 km. Za touto vzdialenosťou sú potrebné kvantové opakovače, aby sa zabezpečilo, že sa signál nestratí v šume. Okrem toho by smerovanie kvantovej komunikácie cez kvantový internet bolo náročné. Súčasné testovacie systémy majú tendenciu byť point-to-point.

Iné oblasti výskumu

Kvantové efekty možno využiť v oblasti nedôverčivých kvantových výpočtov. Tu môžu dve strany spolupracovať bez toho, aby si navzájom dôverovali. Kvantový systém môže byť navrhnutý tak, aby obe strany dokázali, že tá druhá podvádzala. Tieto metódy sa však spoliehajú aj na nekvantové efekty, ako je špeciálna relativita.

Výskum prebieha aj v iných oblastiach, ako je požiadavka, aby sa príjemca nachádzal na konkrétnom fyzickom mieste, aj keď sa dvaja protivníci dohodli. Iné schémy sa pokúšajú prinútiť aj aktívne nečestných príjemcov, aby museli byť čestní, a to implementáciou zdrvujúcich systémových požiadaviek na schopnosť podvodu. Veľká časť tohto typu práce ukázala slabé stránky v súčasných kvantových implementáciách, ale nechala otvorené dvere pre budúci výskum vo veľmi mladej oblasti.

Kvantová komunikácia vyžaduje niekoľko vecí, aby bola skutočne bezpečná. Po prvé, optické prenosy musia byť schopné posielať jednotlivé fotóny. Súčasné systémy majú tendenciu používať lasery, ktoré vysielajú viacero fotónov. Teoreticky by protivník mohol zachytiť jeden z mnohých fotónov bez zanechania stopy. Existuje však sľubný výskum vo vývoji jednofotónových zdrojov.

Po druhé, fotónové detektory trpia výrobnými rozdielmi založenými na tolerancii, ktoré otvárajú okno pre odposluch, aby sa vstrekli do komunikačného toku bez toho, aby boli detekovaní. Tento problém nie je možné úplne vyriešiť bez nekonečne úzkych tolerancií, čo je nesplniteľná požiadavka.

Záver

Kvantová kryptografia sa vzťahuje na kryptografiu, ktorá využíva kvantové mechanické efekty. Súčasnou primárnou oblasťou je Quantum Key Distribution, ktorá využíva kvantové komunikačné metódy na prenos klasických šifrovacích kľúčov. Kvantová kryptografia by sa nemala zamieňať s postkvantovou kryptografiou.