Що таке квантова криптографія?

Квантова криптографія відноситься до криптографічних систем, які покладаються на квантово-механічні ефекти та властивості для виконання криптографічних завдань. Це відрізняється від класичної криптографії, яка використовується на сучасних комп’ютерах. Фундаментальною вимогою квантової криптографії є ​​використання квантового комп’ютера; це неможливо виконати за допомогою стандартного комп'ютера.

QKD

Основним напрямком квантової криптографії є ​​QKD. QKD означає Quantum Key Distribution. Замість того, щоб використовувати повністю квантовий процес шифрування, QKD використовує квантові ефекти для безпечного поширення класичного ключа шифрування. Це означає, що потрібно розробити лише перевірену безпечну квантову комунікаційну систему, а не набагато складніші квантові алгоритми. Це також знижує фізичні потреби; Технічно на звичайному комп’ютері знадобиться лише квантова мережева карта, а не цілий квантовий комп’ютер.

Квантова механіка обґрунтовано підходить для розробки безпечних систем квантового зв’язку. Існують способи зв’язку за допомогою квантових каналів зв’язку, які неавторизована третя сторона не може контролювати без виявлення втручання.

Безпеку квантового каналу зв’язку також можна звести до кількох мінімальних вимог. Однією з таких умов є те, що дві законні сторони мають певний спосіб автентифікації одна з одною. Інша вимога полягає просто в тому, що застосовуються закони квантової механіки.

Основна проблема QKD полягає в складності передачі квантової інформації на значні відстані. Поточні дослідження дозволяють досягти прийнятних ключових ставок для узгодження оптичних волокон довжиною до 550 км. За межами цієї відстані потрібні квантові повторювачі, щоб гарантувати, що сигнал не буде втрачено в шумі. Крім того, маршрутизація квантового зв’язку через квантовий Інтернет буде складною. Сучасні тестові системи, як правило, є точка-точка.

Інші галузі досліджень

Квантові ефекти можуть бути використані в області недовірливих квантових обчислень. Тут дві сторони можуть співпрацювати, не довіряючи одна одній. Квантова система може бути розроблена так, щоб обидві сторони могли довести, що інша обманювала. Ці методи, однак, також покладаються на неквантові ефекти, такі як спеціальна теорія відносності.

Тривають дослідження в інших сферах, наприклад, вимога до одержувача перебувати в певному фізичному місці, навіть якщо двоє супротивників вступають у змову. Інші схеми намагаються змусити навіть нечесних одержувачів бути чесними, впроваджуючи величезні системні вимоги для можливості шахрайства. Велика частина цього типу роботи показала слабкі місця в поточних квантових реалізаціях, але залишила відкритими двері для майбутніх досліджень у дуже молодій галузі.

Щоб квантовий зв’язок був справді безпечним, потрібно кілька речей. По-перше, оптична передача повинна бути здатною передавати окремі фотони. Сучасні системи, як правило, використовують лазери, які посилають кілька фотонів. Теоретично противник може перехопити один із багатьох фотонів, не залишивши сліду. Проте існують багатообіцяючі дослідження щодо розробки джерел одиночних фотонів.

По-друге, фотонні детектори страждають від відмінностей на основі виробничих допусків, які відкривають вікно для підслуховувача, щоб ввести себе в потік зв’язку, не будучи виявленим. Цю проблему неможливо повністю вирішити без нескінченно жорстких допусків, що є нездійсненною вимогою.

Висновок

Квантова криптографія відноситься до криптографії, яка використовує квантово-механічні ефекти. Поточне основне поле – квантовий розподіл ключів, який використовує квантові методи зв’язку для передачі класичних ключів шифрування. Квантову криптографію не слід плутати з постквантовою криптографією.