Vad är kvantkryptering?

Kvantkryptografi hänvisar till kryptografiska system som förlitar sig på kvantmekaniska effekter och egenskaper för att utföra kryptografiska uppgifter. Detta i motsats till klassisk kryptografi som används på moderna datorer. Ett grundläggande krav för kvantkryptografi är användningen av en kvantdator; det kan inte utföras med en vanlig dator.

QKD

Huvudfältet inom kvantkryptografi är QKD. QKD står för Quantum Key Distribution. Istället för att använda en helt kvantkrypteringsprocess använder QKD kvanteffekter för att distribuera en klassisk krypteringsnyckel säkert. Detta innebär att endast ett bevisat säkert kvantkommunikationssystem behöver utvecklas snarare än mycket mer komplexa kvantalgoritmer. Det minskar också de fysiska kraven; tekniskt sett skulle bara ett kvantnätverkskort krävas på en normal dator snarare än en hel kvantdator.

Kvantmekaniken lämpar sig rimligen för att utveckla säkra kvantkommunikationssystem. Det finns sätt att kommunicera med kvantkommunikationskanaler som en obehörig tredje part inte kan övervaka utan att intrånget kan upptäckas.

Säkerheten för en kvantkommunikationskanal kan också reduceras till ett fåtal mycket minimala krav. Ett sådant villkor är att de två legitima parterna på något sätt ska kunna autentisera sig med varandra. Ett annat krav är helt enkelt att kvantmekanikens lagar gäller.

Huvudproblemet för QKD kommer från svårigheten att överföra kvantinformation över betydande avstånd. Aktuell forskning möjliggör lämpliga nyckelavtalspriser för optiska fibrer så långa som 550 km. Bortom detta avstånd behövs kvantrepeater för att säkerställa att signalen inte går förlorad i bruset. Dessutom skulle det vara en utmaning att dirigera kvantkommunikation över ett kvantinternet. Nuvarande testsystem tenderar att vara punkt-till-punkt.

Andra forskningsområden

Kvanteffekter kan användas inom området misstroende kvantberäkningar. Här kan två parter samarbeta utan att lita på varandra. Kvantsystemet kan utformas så att båda parter kan bevisa att den andra fuskade. Dessa metoder förlitar sig dock också på icke-kvanteffekter såsom speciell relativitetsteori.

Forskning pågår inom andra områden, som att kräva att en mottagare befinner sig på en specifik fysisk plats även om två motståndare samarbetar. Andra system försöker tvinga även aktivt oärliga mottagare att behöva vara ärliga genom att implementera överväldigande systemkrav för förmågan att vara bedrägliga. Mycket av denna typ av arbete har visat på svagheter i de nuvarande kvantimplementeringarna men har lämnat dörren öppen för framtida forskning inom ett mycket ungt område.

Kvantkommunikation kräver flera saker för att vara riktigt säker. För det första måste optiska överföringar kunna skicka enstaka fotoner. Nuvarande system tenderar att använda lasrar som skickar flera fotoner. Teoretiskt sett kunde en motståndare fånga upp en av många fotoner utan att lämna ett spår. Det finns dock lovande forskning i utvecklingen av enstaka fotonkällor.

För det andra lider fotondetektorer av tillverkningstoleransbaserade skillnader, som öppnar ett fönster för en avlyssnare att injicera sig själv i kommunikationsströmmen utan att bli upptäckt. Det här problemet är omöjligt att lösa helt utan oändligt snäva toleranser, ett omöjligt krav.

Slutsats

Kvantkryptografi hänvisar till kryptografi som använder sig av kvantmekaniska effekter. Det nuvarande primära fältet är Quantum Key Distribution som använder kvantkommunikationsmetoder för att överföra klassiska krypteringsnycklar. Kvantkryptografi ska inte förväxlas med postkvantkryptografi.