Distribuția cuantică a cheilor

Distribuția cuantică a cheilor (QKD) este o metodă de comunicare securizată care implementează un protocol criptografic bazat pe legile mecanicii cuantice, în special pe inseparabilitatea cuantică, principiul măsurării-perturbării și teorema non-clonării.[1] Scopul QKD este de a permite două părți să producă o cheie secretă aleatorie partajată, cunoscută doar de ele, care apoi poate fi utilizată pentru a cripta și decripta mesaje. Aceasta înseamnă că, atunci când QKD este implementat corect, ar trebui să se încalce principiile fizice fundamentale pentru a încălca un protocol cuantic. Procesul QKD nu trebuie confundat cu criptografia cuantică în general.

O proprietate importantă și unică a QKD este capacitatea celor doi utilizatori care comunică de a detecta prezența oricărei terțe părți care încearcă să obțină cunoștințe despre cheie. Acest lucru rezultă dintr-un aspect fundamental al mecanicii cuantice: procesul de măsurare a unui sistem cuantic, în general, perturbă sistemul. Aceasta înseamnă că o terță parte care încearcă să intercepteze cheia trebuie să o măsoare într-un fel, introducând astfel anomalii detectabile, dezvăluind astfel prezența interogatorului.[1] Această proprietate unică asigură că cheile distribuite rămân securizate, deoarece orice încercare de interceptare va fi imediat evidentă și va invalida cheia schimbată. Prin utilizarea superpozițiilor cuantice sau a inseparabilității cuantice și transmiterea informațiilor în stări cuantice, se poate implementa un sistem de comunicații care detectează interceptarea. Dacă nivelul de interceptare este sub un anumit prag, se poate produce o cheie care este garantată a fi sigură (adică, interceptorul nu are nicio informație despre aceasta). În caz contrar, nicio cheie sigură nu este posibilă, iar comunicarea este întreruptă.

Securitatea criptării care utilizează distribuția cheilor cuantice se bazează pe fundamentele mecanicii cuantice, spre deosebire de criptografia tradițională cu chei publice, care se bazează pe dificultatea de calcul a anumitor funcții matematice, care, deși se presupune că este puternică, nu a fost demonstrată oficial până în prezent.[2] În schimb, QKD are o securitate demonstrabilă bazată pe teoria informației și pe secretul direct.

Principalul dezavantaj al distribuției cheilor cuantice este că, de obicei, se bazează pe existența unui canal clasic de comunicare autentificat.[1] În criptografia modernă, a avea un canal clasic autentificat înseamnă că cineva a schimbat deja fie o cheie simetrică de lungime suficientă, fie chei publice cu un nivel de securitate suficient. Având astfel de informații deja disponibile, în practică se poate realiza o comunicare autentificată și suficient de sigură fără a utiliza QKD, cum ar fi prin utilizarea modului Galois/Counter al Standardului Avansat de Criptare. Astfel, QKD face munca unui cifru de flux la un cost mult mai mare.

Distribuția cheilor cuantice este utilizată pentru a produce și distribui doar o cheie, nu pentru a transmite date de mesaje. Această cheie poate fi apoi utilizată cu orice algoritm de criptare ales pentru a cripta (și decripta) un mesaj, care poate fi apoi transmis printr-un canal de comunicație standard. Algoritmul cel mai frecvent asociat cu QKD este pad-ul unic, deoarece este demonstrabil sigur atunci când este utilizat cu o cheie secretă, aleatorie.[3] În situații reale, este adesea utilizat și cu criptarea folosind algoritmi de cheie simetrică, cum ar fi algoritmul Standardului Avansat de Criptare.[4]

Referințe

1. Scarani, Valerio; Bechmann-Pasquinucci, Helle; Cerf, Nicolas J.; Dušek, Miloslav; Lütkenhaus, Norbert; Peev, Momtchil (29 September 2009). „The security of practical quantum key distribution”. Reviews of Modern Physics. 81 (3): 1301–1350. arXiv:0802.4155. Bibcode:2009RvMP…81.1301S. doi:10.1103/RevModPhys.81.1301.
2. Renner, Renato; Wolf, Ramona (May 2023). „Quantum Advantage in Cryptography”. AIAA Journal. 61 (5): 1895–1910. arXiv:2206.04078. Bibcode:2023AIAAJ..61.1895R. doi:10.2514/1.J062267. ISSN 0001-1452.
3. Shannon, C. E. (1949). „Communication Theory of Secrecy Systems*”. Bell System Technical Journal. 28 (4). Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE): 656–715. Bibcode:1949BSTJ…28..656S. doi:10.1002/j.1538-7305.1949.tb00928.x. hdl:10338.dmlcz/119717. ISSN 0005-8580.
4. Gisin, Nicolas; Ribordy, Grégoire; Tittel, Wolfgang; Zbinden, Hugo (8 March 2002). „Quantum cryptography”. Reviews of Modern Physics. 74 (1): 145–195. arXiv:quant-ph/0101098. Bibcode:2002RvMP…74..145G. doi:10.1103/RevModPhys.74.145.

(Include texte traduse și adaptate din Wikipedia de Nicolae Sfetcu)