Câteva presupuneri despre securitatea distribuției cheilor cuantice

Distribuția cuantică a cheilor este adesea descrisă de susținătorii săi ca fiind „sigură necondiționat” pentru a sublinia diferența sa față de protocoalele criptografice clasice sigure din punct de vedere computațional. Deși există încă condiții care trebuie îndeplinite pentru ca distribuția cuantică a cheilor să fie sigură, sintagma „sigură necondiționat” este justificată deoarece, nu numai că condițiile sunt reduse, dar sunt într-un anumit sens condiții minime necesare. Orice protocol de acord securizat al cheilor trebuie să facă câteva presupuneri minime, deoarece securitatea nu poate veni din nimic: trebuie să putem identifica și autentifica părțile care comunică, trebuie să putem avea o locație privată pentru a efectua operațiuni locale și toate părțile trebuie să opereze în cadrul legilor fizicii.

Următoarea afirmație descrie securitatea distribuției cuantice a cheilor și există multe argumente matematice formale pentru securitatea QKD.

Teorema 1 (Declarație de securitate pentru distribuția cheilor cuantice) Dacă 1) mecanica cuantică este corectă și 2) autentificarea este sigură și 3) dispozitivele noastre sunt rezonabil de sigure, atunci cu o probabilitate mare, cheia stabilită prin distribuția cheilor cuantice este o cheie secretă aleatorie independentă (până la o diferență neglijabilă) de valorile de intrare.

Ipoteza 1: Mecanica cuantică este corectă. Această presupunere impune ca orice ascultător să fie limitat de legile mecanicii cuantice, deși în acest domeniu nu există alte restricții dincolo de incapacitatea ascultătorului de a accesa dispozitivele. În special, permitem ascultătorului să aibă o tehnologie de calcul cuantic arbitrar de mare, mult mai puternică decât stadiul actual al tehnicii. Mecanica cuantică a fost testată experimental timp de aproape un secol, cu o precizie foarte mare. Dar chiar dacă mecanica cuantică este înlocuită de o nouă teorie fizică, nu este neapărat adevărat că distribuția cheilor cuantice ar fi nesigură: de exemplu, distribuția securizată a cheilor poate fi realizată într-un mod similar cu QKD, bazându-se exclusiv pe presupunerea că nu este posibilă o comunicare mai rapidă decât lumina [35].

Ipoteza 2: Autentificarea este sigură. Această ipoteză este una dintre principalele preocupări ale celor care evaluează distribuțiile de chei cuantice. Pentru a fi protejați împotriva atacurilor de tip „man-in-the-middle”, o mare parte din comunicarea clasică în QKD trebuie autentificată. Autentificarea poate fi realizată cu securitate necondiționată folosind chei partajate scurte sau cu securitate computațională folosind criptografia cu cheie publică.

Ipoteza 3: Dispozitivele noastre sunt sigure. Construirea unei implementări QKD care este verificabil sigură este o provocare inginerească substanțială la care cercetătorii încă lucrează. Deși primul prototip al sistemului QKD a scurs informații cheie printr-un canal lateral (emitea zgomote diferite în funcție de polarizarea fotonilor și, prin urmare, „prototipul era necondiționat sigur împotriva oricărui ascultător care se întâmpla să fie surd” [36]), criptanaliza experimentală duce la o securitate teoretică și practică mai bună. Atacuri mai sofisticate pe canal lateral continuă să fie propuse împotriva anumitor implementări ale sistemelor existente (de exemplu, [37]), dar la fel sunt propuse și metode teoretice mai bune, cum ar fi metoda stării capcană [38]. Demonstrațiile de securitate independente de dispozitiv [39, 40] urmăresc să minimizeze ipotezele de securitate pe dispozitivele fizice. Pare rezonabil să ne așteptăm ca progresele teoretice și inginerești ulterioare să ne aducă în cele din urmă dispozitive care au argumente puternice și puține ipoteze pentru securitatea lor.

Referințe

35. JBarrettLHardyand AKentNo signaling and quantum key distribution,” Physical Review Letters, 951Jul 1, 2005
36. GBrassardBrief history of quantum cryptography: a personal perspective.” 1923
37. YZhaoC. -H. FFungBQiet al., “Quantum hacking: Experimental demonstration of time-shift attack against practical quantum-key-distribution systems,” Physical Review A, 7840423332008
38. W. -YHwangQuantum Key Distribution with High Loss: Toward Global Secure Communication,” Physical Review Letters, 9150579012003

Sursa: Xiaoqing Tan (2012). ”Introduction to Quantum Cryptography”, din Theory and Practice of Cryptography and Network Security Protocols and Technologies, Cap. 5, http://dx.doi.org/10.5772/56092, licența CC BY 3.0. Traducere și adaptare: Nicolae Sfetcu