Kryptologia kwantowa zawiera w sobie metody wykonywania zadań kryptograficznych przy użyciu informatyki kwantowej.

Kryptoanaliza kwantowa

Za pomocą hipotetycznych komputerów kwantowych da się by szybko dokonywać pewnych obliczeń, których nie da się szybko wykonać na zwykłych komputerach. Chodzi tu przede wszystkim o faktoryzację dużych liczb algorytmem Shora, co pozwoliłoby na łamanie RSA. Jednak dla większości systemów nie są znane żadne zastosowania obliczeń kwantowych w ich kryptoanalizie.

Szyfrowanie kwantowe

Służy do przekazywania danych na niewielkie odległości (kilkanaście do kilkadziesiąt kilometrów) za pomocą światła.

Dla przykładu przesyłana informacja kodowana jest na pojedynczych fotonach. W zależności od kierunku polaryzacji (poziomego albo pionowego) foton przechodzi przez filtr polaryzacyjny na stacji odbierającej, bądź nie, przekazując 0 albo 1. Dodatkowo polaryzatory bywają ustawiane z odchyleniem 0 albo 45 stopni. Klucz wyznacza sekwencje użytych polaryzatorów. Załóżmy, że chcemy przechwycić wiadomość składającą się z 1 bitu. Ustawiamy nasz polaryzator w dowolnej pozycji. Jeżeli się pomyliliśmy, to foton ma 50% szans na przekazanie wiadomości (statystycznie 50% fotonów przejdzie przez źle ustawiony polaryzator), jeżeli trafiliśmy, foton przekaże właściwą informację, albowiem jednak nie możemy określić w których przypadkach ustawiliśmy polaryzator dobrze, a w których źle, nie możemy także rozszyfrować wiadomości^[1].

Wymiana kluczy

Podstawowym pomysłem w kwantowej wymianie kluczy jest użycie najmniejszych możliwych porcji energii do przekazania informacji (kwantów). Każda próba odczytu informacji powoduje jej bezpowrotne zniszczenie. Nie ma sposobu przechwycenia transmisji bez jej zakłócenia, więc kluczowe informacje bywają wymieniane z dużą pewnością zachowania tajemnicy.

Algorytm:

• Alicja losuje klucz oraz przesyła go Bobowi poprzez losowo ustawione nadajniki.
• Bob za pomocą losowo ustawionych detektorów odbiera transmisję od Alicji.
• Bob jawnym kanałem przekazuje w jaki sposób ustawił swoje detektory.
• Alicja informuje Boba w których przypadkach się pomylił.
• Bob oraz Alicja jawnym kanałem porównują przynajmniej kilkadziesiąt bitów z uzyskanego klucza.
• W przypadku próby przechwycenia uzgadnianego klucza, intruz spowoduje powstanie różnicy w porównywanych przez Alicję oraz Boba fragmentach z prawdopodobieństwem zależnym od wielkości porównywanej próbki. W tym wypadku Alicja oraz Bob rozpoczną cały proces uzgadniania klucza od początku.

Bezpieczeństwo

W praktyce kwantowa wymiana kluczy jest podatna na szereg potencjalnych podatności praktycznych oraz błędów implementacyjnych, które potrafią spowodować wyciek bitów klucza^[2][3].

Przypisy