Kvantna kriptografija                  

Još u vrijeme kada su se poruke razmjenjivale na drugačiji način, bez računala i Interneta, korisnici su težili za nekim načinima šifriranja kako bi se informacija skrila od onih kojima nije bila namijenjena. Prve razvijene šifre bile su vrlo jednostavne za implementaciju, ali nisu pružale dovoljnu razinu sigurnosti, posebno nakon napretka tehnologije i razvoja računala. Upravo to je bio razlog za stvaranjem novih, naprednijih metoda za šifriranje komunikacije i skrivanje sadržaja. Metode klasične kriptografije osigurale su dodatnu razinu sigurnosti i riješile neke od problema zaštite komunikacije. Ipak, većina takvih sustava nije pružala nikakav način za garantiranje da komunikaciju ne nadzire neželjeni korisnik. Upravo ovdje je ulogu pronašla kvantna kriptografija koja koristi principe kvantne mehanike za razmjenu kvantnog ključa i detekciju prisluškivanja. Naime, radi se o činjenici da se mjerenjem nekog svojstva čestice fotona to svojstvo nepovratno mijenja.  Prema tome, prisutnost napadača koji obavlja mjerenja i prisluškuje komunikaciju ne može proći nezapaženo.

 

 

Kriptografija uključuje tehnike za osiguravanje komunikacije od strane kojoj poruke nisu namijenjene. Podrazumijeva stvaranje i analiziranje protokola koji nadilaze utjecaj napadača osiguravajući razne aspekte informacijske sigurnosti, kao što je povjerljivost, integritet podataka te autentikacija primatelja i pošiljatelja. Obično koristi razne discipline matematike, računalne znanosti ili električnog inženjeringa. Prvi oblici kriptografskih sustava podrazumijevali su jednostavne oblike šifriranja podataka uporabom jednostavnih algoritama poput zamjene redoslijeda slova u riječima ili zamjene slova s drugim slovima prema određenom uzorku. Moderniji oblici kriptografije razvijeni su nakon razvoja i šire primjene računala. Jedan od modernih oblika kriptografije je kriptografija simetričnog ključa u kojoj pošiljatelj i primatelj dijele isti ključ. Najvažniji nedostatak simetričnih šifri je upravljanje ključevima, točnije njihova razmjenu, koju je potrebno ostvariti kako bi se mogla osigurati bolja sigurnost. Upravo zato je u primjenu ušla kriptografija razmjenom javnog ključa. Radi se o tipu kriptografije u kojem se koriste dva različita ključa, jedan je javni te se koristi za šifriranje teksta, a drugi je privatni i služi za dešifriranje teksta.

Kvantna kriptografija opisuje uporabu efekata kvantnih mehanizma za izvođenje kriptografskih zadataka ili za proboj kriptografskih sustava. Također, uporaba klasične kriptografije za zaštitu protiv kvantnih napada se često smatra kvantnom kriptografijom. Dobro poznati primjeri kvantne kriptografije su uporaba kvantnih komunikacija za sigurnu razmjenu ključeva te uporaba kvantnih računala koja bi omogućila proboj raznih popularnih shema za razmjenu javnih ključeva i potpisa. Prednost kvantne kriptografije leži u činjenici da ona omogućuje izvršavanje različitih kriptografskih zadataka koje nije moguće izvesti klasičnim metodama. Kvantna mehanika garantira da mjerenje kvantnih podataka izmjenjuje te podatke, što se može koristiti za detekciju promjena na porukama.

Kvantna kriptografija odnosno točnije kvantna razmjena ključeva temelji se na Heisenbergovom načelu neodređenosti. To osnovno načelo kvantne mehanike definira da mjerenje jednog svojstva kvantne čestice, na primjer fotona, mijenja njegovo stanje te onemogućuje poznavanje drugih njegovih svojstava prije samog mjerenja (na primjer brzine i smjera kretanja). Kako se razmjena tajnog ključa u kvantnoj kriptografiji obavlja upravo kvantnim česticama, najčešće baš fotonima, ova vrsta kriptografije dobiva dodatnu razinu sigurnosti. Naime, ako napadač presretne informacije o tajnom ključu, svojim mjerenjem će toliko utjecati na čestice da će pošiljatelj i primatelj s lakoćom ustanoviti prisutnost napadača, čak i količinu informacija koje je presreo. Samim time mogu procijeniti je li ključ koji su dobili pošiljatelj i primatelj dovoljno siguran i pogodan za daljnju komunikaciju.

Ovaj dokument donosi detaljan opis kvantne kriptografije i načela na kojima se zasniva rad takvih sustava. Dan je prikaz rada protokola BB84, prvog protokola razvijenog za razmjenu kvantnog ključa. Zatim su predstavljeni ostali važni protokoli za razmjenu ključa te dan opis osnovnih metoda napada kojim se može ometati komunikacija.

Cijeli dokument (u PDF obliku) "Kvantna kriptografija" preuzmite ovdje.

© Laboratorij za sustave i signale - Copyright 2008 - 2013. www.LSS.hr