Distribucija kvantnih ključev ali QKD je varen način deljenja oziroma izmenjave šifrirnih ključev med dvema ali več stranmi z uporabo pojavov iz kvantne fizike. Definicijo kvanta lahko najdete v dodanem kratkem videu.
QKD ni sporočilo, ki se ga deli in tudi ni šifrirni ključ. To je metoda varne distribucije šifrirnega ključa. Domen Zavrl je obiskoval tečaje iz kriptografije na univerzi Stanford in zato razume kvantno odporno kriptografijo in njeno vlogo pri zagotavljanju varnosti.
Javni šifrirni ključi proti QKD
Pred pojavom QKD je veliko kriptografov uporabljalo javne šifrirne ključe. Pravzaprav se ti pogosto uporabljajo še danes. Vendar pa bodo mnoge od teh metod šifriranja z javnimi ključi postale preveč ranljive, ko bomo začeli bolj množično uporabljati kvantno računalništvo. Za razbijanje javnega šifrirnega ključa je trenutno potrebna moč procesorja in hitrost obdelave zapletenih matematičnih izračunov še vedno bolj ali manj nedosegljiva. Čeprav je ta metoda zaenkrat še učinkovita, pa se že občasno pokažejo tudi težave zaradi hitrega napredka računalniških kapacitet, šibkih generatorjev naključnih števil in novih strategij napada na šifrirne sisteme z javnimi ključi.
Priložen PDF dokument obravnava tri trenutno najbolj pogosto uporabljene vrste šifriranja.
Razumeti kvantno računalništvo
V klasičnem računalništvu so informacije shranjene v digitalni obliki, pri čemer se 1 in 0 uporabljata za šifriranje informacij v bitih. Na drugi strani Kvantno računalništvo informacije prenaša v kubitih. Znotraj vsakega kubita sta 0 in 1 vključeni večdimenzionalno.
Kvantni računalniki porabijo manj energije, hkrati pa ohranijo sposobnost delovanja z veliko višjimi hitrostmi kot klasični računalniki. Kvantne informacije, ki jih vsebuje kubit, so postavljene v stanje superpozicije. Ko so skupine kubitov v superpoziciji, to ustvari zelo zapletena računalniška stanja v več dimenzijah. Kubiti se lahko tudi povežejo, kar pomeni, da lahko par kubitov obstaja v enem samem stanju.
Posledica tega je, da bodo vse spremembe enega kubita vplivale tudi na drugega v paru in lahko napovemo, kakšen bo ta učinek. Če v klasičnem računalniku podvojite število bitov, se ustrezno podvoji procesorska moč. Če v kvantnem računalniku s povezovanjem podvojite število kubitov, se lahko procesorska moč eksponentno poveča.
Razumevanje QKD
Distribucija kvantnih ključev deluje tako, da prenaša milijone fotonov, ki so polarizirani delci svetlobe. Od ene do druge entitete potujejo po kablih iz optičnih vlaken. Fotoni skupaj ustvarijo niz podobno kot digitalen niz ničel in enic, vendar pa ima vsak posamezen foton naključno kvantno stanje. Na koncu sprejemnika se fotoni berejo s pomočjo razcepilnikov žarkov, ki so lahko diagonalni ali pa vodoravni in navpični.
Sprejemnik mora ugotoviti, kateri razcepilnik žarka naj uporabi za posamezen foton. Nato pošiljatelju sporoči, kaj je bilo uporabljeno in kakšno je bilo zaporedje, da se informacija lahko primerja s poslano. Vsi fotoni, za katere je ugotovljeno, da so bili napačno razcepljeni, so zavrženi, medtem ko preostalo zaporedje postane enoumen optični ključ za šifriranje podatkov.
Varnost QKD
Ključni element nezlomljive varnosti QKD je, da bo vsak poskus poseganja v fotone spremenil njihovo stanje na način, ki ga takoj zaznata tako pošiljatelj kot prejemnik. Razkrito bo, da je bil ključ spremenjen in ga je zato treba zavreči, preden se ustvari nov ključ. QKD ni ranljiv na vse večjo procesorsko moč računalnika, ki potencialno ogroža varnost šifriranja javnih ključev.
Nekatere aplikacije QKD v realnem življenju so podrobno opisane v prilogi infografika v tem prispevku.
Nedavni komentarji