EITC/IS/QCF Bingehên Krîptografiya Quantum Bernameya Sertîfîkaya IT a Ewropî ya li ser aliyên teorîkî û pratîkî yên krîptografiya quantum e, di serî de balê dikişîne ser Dabeşkirina Key Quantum (QKD), ku digel Pad Yek-Time yekem car di dîroka mutleq (agahî-teorîk) ewlekariya ragihandinê.
Bernameya perwerdehiya EITC/IS/QCF Bingehên Krîptografiya Quantumê danasîna Dabeşkirina Key Quantum, hilgirên agahdariya kanalên ragihandinê yên quantum, pergalên kuantûmê yên pêkhatî, entropiya klasîk û quantum wekî tedbîrên agahdariya teoriya ragihandinê, protokolên amadekirin û pîvandina QKD, protokolên li ser bingeha tevlihevkirinê, QKD vedihewîne. QKD-pêvajoya paşîn a klasîk (di nav de rastkirina xeletiyê û zêdekirina nepenîtiyê), ewlehiya Belavkirina Key Quantum (pênase, stratejiyên guhdarîkirinê, ewlehiya protokola BB84, têkiliyên nezelaliyê yên entropîk ên ewlehiyê), QKD pratîk (ceribandin li hember teoriyê), danasîna quantuma ceribandinê krîptografî, û hem jî hakkirina quantumê, di nav avahiya jêrîn de, naveroka dîdaktîk a vîdyoyê ya berfireh wekî referans ji bo vê Sertîfîkaya EITC-ê vedihewîne.
Krîptografiya quantum bi pêşdebirin û bicihanîna pergalên krîptografîk ên ku li şûna qanûnên fizîkî yên klasîk li ser bingeha qanûnên fîzîkê yên kuantûmê ne, eleqedar e. Dabeşkirina mifteya quantum serîlêdana herî naskirî ya krîptografiya quantum e, ji ber ku ew ji pirsgirêka pevguhertina mifteyê re çareseriyek agahdar-teorîkî ewledar peyda dike. Krîptografiya kuantumî xwedan avantaj e ku destûrê dide temamkirina cûrbecûr karên krîptografî yên ku hatine xuyang kirin an jî tê texmîn kirin ku ne mumkin e ku tenê bi karanîna ragihandina klasîk (ne-kuantum) bikar bînin. Mînakî, kopîkirina daneyên ku di rewşek quantum de hatine kod kirin, ne gengaz e. Ger hewl were dayîn ku daneya kodkirî were xwendin, dê rewşa kuantumê ji ber hilweşîna fonksiyona pêlê were guheztin (teorema ne-klonkirinê). Di belavkirina mifteya quantum de, ev dikare were bikar anîn da ku guhdarîkirinê (QKD) tespît bike.
Karê Stephen Wiesner û Gilles Brassard bi damezrandina krîptografiya quantum ve tê hesibandin. Wiesner, paşê li Zanîngeha Columbia ya li New Yorkê, di destpêka salên 1970-an de têgeha kodkirina konjugata kuantumê îcad kir. Civata Teoriya Agahdariya IEEE lêkolîna wî ya girîng "Kodkirina Conjugate" red kir, lê di dawiyê de ew di sala 1983-an de di SIGACT News de hate weşandin. Di vê lêkolînê de, wî destnîşan kir ku meriv çawa du peyaman di du "çavdêrên hevedudanî" de kod dike, wek polarîzasyona fotonê ya xêz û dor. , da ku yek, lê ne her du jî, bêne wergirtin û deşîfrekirin. Heya ku 20-emîn Sempozyûma IEEE ya li ser Bingehên Zanistiya Komputerê, ku di sala 1979-an de li Puerto Rîkoyê hate lidarxistin, nehatibû ku Charles H. Bennett ji Navenda Lêkolînê ya Thomas J. Watson a IBM û Gilles Brassard kifş kir ku meriv çawa encamên Wiesner bi nav dike. "Me nas kir ku foton qet ji bo hilanîna agahiyê ne, lê ji bo gihandina wê" Bennett û Brassard di sala 84 de, li ser bingeha xebata xwe ya berê, pergalek pêwendiya ewledar a bi navê BB1984 destnîşan kirin. Li dû ramana David Deutsch a bikaranîna ne-herêmî ya kuantûmê û newekheviya Bell-ê ji bo pêkanîna belavkirina mifteya ewledar, Artur Ekert di lêkolînek 1991-an de li ser dabeşkirina mifteya quantum-based tevliheviyê bi kûrahî lêkolîn kir.
Teknîka sê-qonaxa Kak pêşniyar dike ku her du alî jî polarîzasyona xwe bi rasthatinî bizivirînin. Ger fotonên yekane werin xebitandin, ev teknolojî dikare bi teorîkî ji bo şîfrekirina daneya domdar, neşikestî were bikar anîn. Ew mekanîzmaya zivirîna polarîzasyonê ya bingehîn hatî bicîh kirin. Ev rêbazek krîptografî ya bi tenê-kuantum e, berevajî belavkirina mifteya quantum, ku şîfrekirina klasîk bikar tîne.
Rêbazên belavkirina mifteya quantum li ser bingeha rêbaza BB84-ê ne. MagiQ Technologies, Inc. (Boston, Massachusetts, Dewletên Yekbûyî), ID Quantique (Cenevre, Swîsre), QuintessenceLabs (Canberra, Avusturalya), Toshiba (Tokyo, Japonya), QNu Labs, û SeQureNet hemî hilberînerên pergalên krîptografî yên kuantum in (Parîs , Fransa).
Feyda
Cryptography di zincîra ewlehiya daneyê de girêdana herî ewledar e. Aliyên eleqedar, ji hêla din ve, nekarin li bendê bin ku bişkokên krîptografî dê bi domdarî ewledar bimînin. Krîptografiya quantum ji şîfrekirina kevneşopî xwedî kapasîteya şîfrekirina daneyan ji bo demek dirêjtir e. Zanyar nikarin bi şîfrekirina kevneşopî ji 30 salan zêdetir şîfrekirinê garantî bikin, lê dibe ku hin alîgir hewceyê demên parastinê yên dirêjtir bikin. Mînakî, pîşesaziya lênihêrîna tenduristiyê bigirin. Pergalên tomarên bijîjkî yên elektronîkî ji hêla 85.9% ji bijîjkên li ofîsê ve têne bikar anîn da ku daneyên nexweşan ji sala 2017-an vir ve hilînin û veguhezînin. Divê tomarên bijîjkî li gorî Qanûna Veguheztin û Berpirsiyariya Bîmeya Tenduristiyê nepenî bêne girtin. Qeydên bijîjkî yên kaxez bi gelemperî piştî ku demek diyar derbas dibe têne şewitandin, dema ku tomarên komputerkirî şopek dîjîtal dihêlin. Qeydên elektronîkî dikarin bi karanîna belavkirina kilîta quantumê heya 100 salan bêne parastin. Krîptografiya quantum ji bo hukûmet û leşkeran jî serîlêdanên heye, ji ber ku hukûmet bi gelemperî 60 sal in materyalên leşkerî veşartî nehiştine. Di heman demê de hate destnîşan kirin ku belavkirina mifteya quantum dikare ewledar be jî dema ku li ser kanalek bi dengek ji dûrek dirêj ve were şandin. Ew dikare ji nexşeyek quantumê ya bi deng veguhere nexşeyek klasîk a bê deng. Teoriya îhtîmala klasîk dikare ji bo çareserkirina vê pirsgirêkê were bikar anîn. Dubarekerên quantum dikarin bi vê pêvajoyê re bibin alîkar ku parastina domdar li ser kanalek bi deng. Dubarekerên kuantûmî dikarin bi karîgerî xeletiyên ragihandina quantumê çareser bikin. Ji bo misogerkirina ewlehiya ragihandinê, dubarekerên kuantumê, ku komputerên kuantum in, dikarin wekî beşan li ser kanala dengbêjî werin bicîh kirin. Dubarekerên quantum vê yekê bi paqijkirina beşên kanalan pêk tînin berî ku wan bi hev ve girêdin da ku xetek pêwendiya ewledar ava bikin. Di mesafeyek dirêj de, dubarekerên quantumê yên jêr-par dikarin bi riya kanala dengdar astek parastinê ya bikêr bidin.
Applications
Krîptografiya quantum têgehek berfireh e ku behsa cûrbecûr teknîk û protokolên krîptografî dike. Di beşên jêrîn de hin serîlêdan û protokolên herî berbiçav derbas dibin.
Dabeşkirina kilîtên quantum
Teknîka bikaranîna pêwendiya kuantûmê ji bo sazkirina mifteyek hevpar di navbera du aliyan de (mînak, Alice û Bob) bêyî ku aliyek sêyemîn (Eve) li ser wê kilîtê tiştek fêr bibe, tevî ku Eve bikaribe gûhdariya hemî danûstandinên di navbera Alice û Bob de bike, tê zanîn. wek QKD. Ger Eve hewil bide ku di derheqê mifteya ku hatî damezrandin de zanyariyan berhev bike, dê nakokî çêbibin, ku dibe sedema ku Alice û Bob hay jê bibin. Piştî ku kilît hate damezrandin, ew bi gelemperî ji bo şîfrekirina ragihandinê bi rêbazên kevneşopî tê bikar anîn. Mînak mifteya pevguherîn dikare ji bo krîptografiya sîmetrîk were bikar anîn (mînak pêçek yek-dem).
Ewlehiya belavkirina mifteya quantum dikare bi teorîkî bêyî ku ti astengî li ser jêhatîbûna guhdarvanek ferz bike, were saz kirin, ku bi belavkirina kilîta klasîk re ne pêkan e. Her çend hin texmînên hindiktirîn hewce ne, wek mînak ku fîzîka kuantumê derbas dibe û ku Alice û Bob dikarin hevdu rast bikin, divê Eve nikaribe Alice an Bob bike ji ber ku êrîşek mirov-di-navîn dê gengaz be.
Dema ku QKD ewledar xuya dike, serîlêdanên wê bi pirsgirêkên pratîkî re rû bi rû dimînin. Ji ber dûrbûna veguheztinê û astengiyên rêjeya hilberîna sereke, ev rewş wiha ye. Lêkolîn û pêşkeftinên domdar ên di teknolojiyê de hişt ku pêşkeftinên pêşerojê di van astengan de bibin. Lucamarini et al. di sala 2018-an de pergalek QKD ya du-qad pêşniyar kir ku dibe ku bikaribe pîvana rêjeya-windabûna kanalek ragihandinê ya winda bi ser bikeve. Di 340 kîlometrana fîbera optîkî de, rêjeya protokola zevî ya duwem hate xuyang kirin ku ji kapasîteya peymana mifteya veşartî ya kanala windayî, ku wekî PLOB-a bê dubareker tê zanîn, derbas dike; rêjeya wê ya îdeal di 200 kîlometreyan de ji vê sînor derbas dibe û li dû pîvana windabûna rêjeya kapasîteya peymana mifteya veşartî ya bilindtir a ku bi alîkariya dubareker ve tê piştgirî kirin (ji bo hûrguliyên bêtir li jimar 1 binêre). Li gorî protokolê, rêjeyên sereke yên îdeal dikarin bi karanîna "550 kîlometre fîbera optîkî ya kevneşopî", ku jixwe di ragihandinê de bi berfirehî tête bikar anîn, were bidestxistin. Minder et al., ku jê re wekî yekem dubarekerê quantumê bi bandor hatî binav kirin, di pêşandana ceribandina yekem a QKD-ê de ji sînorê rêjeya windabûnê di sala 2019-an de vedîtina teorîkî piştrast kir. Guhertoya şandin-ne-sandin (SNS) ya TF-QKD protokol di warê gihîştina rêjeyên bilind de li ser dûrên dirêj yek ji serkeftinên mezin e.
Krîptografiya quantumê ya nebawer
Beşdarên krîptografya nebawer ji hev bawer nakin. Mînakî, Alice û Bob, hevkariyê dikin da ku hesabek ku tê de her du partî têgehên taybetî peyda dikin temam bikin. Ji aliyek din ve, Alice ji Bob bawer nake, û Bob jî ji Alice bawer nake. Wekî encamek, pêkanîna ewledar a karekî krîptografî hewce dike ku Alice piştrast bike ku Bob piştî ku hesab qediya, û pêbaweriya Bob ku Alice nexapîne. Pîlanên pabendbûnê û hesabên ewledar, yên paşîn ên ku peywirên şûştina drav û veguheztina nezan vedihewîne, mînakên karên krîptografîk ên nebawer in. Qada krîptografiya nebawer dabeşkirina mifteyê nagire. Krîptografiya quantum a nebawer li ser karanîna pergalên quantum di warê şîfrekirina nebawer de lêkolîn dike.
Berevajî belavkirina mifteya quantumê, ku ewlehiya bê şert tenê bi qanûnên fizîkî yên kuantûmê ve dikare were bidestxistin, teoremên bêşert hene ku îsbat dikin ku protokolên ewledar ên bê şert û merc tenê bi qanûnên fîzîka quantumê di doza karên cûrbecûr yên bêbawer de nayên bidestxistin. cryptography. Lêbelê, hin ji van karan dikarin bi ewlehiya bêkêmasî bêne kirin ger protokol hem fîzîka quantum û hem jî ji nisbetbûna taybetî bikar bînin. Mînakî, Mayers û Lo û Chau, destnîşan kirin ku pabendbûna bit-a quantumê ya bêkêmasî ne gengaz e. Lo û Chau destnîşan kirin ku veguheztina pereyê quantumê ya bêkêmasî ya bê şert û merc ne gengaz e. Wekî din, Lo destnîşan kir ku protokolên kuantumê yên ji bo yek-ji-du veguheztina nehesab û hesabên din ên ewledar ên du alî ne dikarin werin garantî kirin ku ewle bin. Kent, ji hêla din ve, protokolên relativîst ên bê şert û merc ji bo xistina coin û bit-pabendbûna xwe nîşan daye.
Perê quantum diheje
Veguheztina pereyê quantum, berevajî belavkirina mifteya quantum, mekanîzmayek e ku di navbera du aliyên ku ji hev bawer nakin tê bikar anîn. Beşdar bi kanalek kuantûmê re têkilî daynin û bi veguheztina qubit daneyan diguhezînin. Lêbelê, ji ber ku Alice û Bob ji hev bêbawer in, ew her du jî hêvî dikin ku yê din bixapîne. Wekî encamek, pêdivî ye ku bêtir kar were xerc kirin da ku ne Alice û ne jî Bob li ser ya din xwedan bertekek girîng bin da ku bigihîjin encama xwestinê. Bias ev e ku meriv bandorê li encamek taybetî bike, û li ser sêwirana protokolan gelek hewildan heye ku ji holê rakirina pêşbaziya lîstikvanek bêrûmet, ku wekî xapandin jî tê zanîn. Protokolên danûstendina quantum, wekî şûştina coinê quantum, hate îsbat kirin ku li ser danûstendina kevneşopî avantajên ewlehiyê yên girîng peyda dike, tevî vê yekê ku dibe ku ew di pratîkê de bicîh bibin.
Ya jêrîn protokolek guheztina pereyê tîpîk e:
- Alice bingehek hildibijêre (rêkûpêk an diagonal) û di wê bingehê de rêzek fotonan çêdike da ku radestî Bob bike.
- Bob bingehek rastkêş an diagonal hildibijêre da ku her fotonek bi rasthatinî bipîve, û bala xwe bide ka kîjan bingehê bikar aniye û nirxa tomarkirî.
- Bob li ser bingeha ku Alice qubitên xwe şandine, texmînek gelemperî dike.
- Alice bijartina xwe ya bingehîn eşkere dike û rêza xweya orjînal ji Bob re dişîne.
- Bob bi berhevkirina wê bi tabloya xwe re rêzika Alice piştrast dike. Pêdivî ye ku ew bi pîvanên Bob ên ku li ser bingeha Alice hatine çêkirin re bêkêmasî têkildar be û bi berevajî wê bi tevahî negirêdayî be.
Dema ku lîstikvanek hewl dide ku bandorek an çêtirkirina îhtîmala encamek taybetî bike, ev wekî xapandin tê zanîn. Hin awayên xapandinê ji hêla protokolê ve têne cesaret kirin; mînakî, Alice dikaribû îdia bike ku Bob dema ku di gava 4-an de rast texmîn kir bingeha xwe ya destpêkê xelet texmîn kir, lê wê hingê Alice neçar bû ku rêzek nû ya qubitan biafirîne ku bi ya ku Bob di tabloya berevajî de pîva ye re têkildar e. Bi hejmara qubitên ku hatine veguheztin, şansên wê yên çêkirina rêzikek lihevhatî ya qubitan qat bi qat kêm dibe, û ger Bob lihevnekirinekê bibîne, ew ê bizane ku ew derewan dike. Alice dibe ku bi heman rengî bi berhevkirina rewşan rêzek fotonan ava bike, lê Bob zû dê bibîne ku stûna wê hinekî (lê ne bi tevahî) bi her du aliyên tabloyê re têkildar dibe, û destnîşan dike ku wê xapandiye. Di cîhazên kuantûmê yên hemdem de jî qelsiyek xwerû heye. Pîvandinên Bob dê di bin bandora xeletî û qubitên winda de bin, di encamê de di tabloya pîvana wî de qul çêdibe. Karîna Bob ku di gava 5-an de rêzika qubit a Alice verast bike dê ji hêla xeletiyên pîvandinê yên girîng ve were asteng kirin.
Paradoksa Einstein-Podolsky-Rosen (EPR) ji hêla teorîkî ve yek rêyek diyar e ku Alice bixapîne. Du foton di cotek EPR-ê de dijberî hev in, ku tê vê wateyê ku gava li ser heman bingehê were pîvandin dê her gav polarîzasyonên berevajî wan hebin. Alice dibe ku rêzek cotên EPR biafirîne, yek ji Bob re bişîne û ya din ji bo xwe bigire. Gava ku Bob texmîna xwe dibêje, ew dikaribû fotonên xwe yên cotek EPR di bingehek berevajî de bipîve û têkiliyek bêkêmasî bi tabloya dijber a Bob re bi dest bixe. Bob dê nizane ku wê xapandibû. Lêbelê, ev jêhatîbûn hewce dike ku teknolojiya quantum niha kêmasiya wan e, ku di pratîkê de ne gengaz e ku meriv bigihîje wan. Ji bo ku vê yekê derxe, Alice hewce dike ku bikaribe hemî fotonan ji bo demek dirêj ve hilîne û wan bi rastbûna hema hema bêkêmasî bipîve. Ev e ji ber ku her fotonek ku di dema hilanînê an pîvandinê de winda dibe dê qulikek di stûna wê de bihêle, ku ew neçar e ku bi texmînan tijî bike. Zêdetir texmînên ku divê ew bike, îhtîmal e ku ew ji hêla Bob ve bi xapandinê were girtin.
pabendbûna quantum
Dema ku aliyên bêbawer tê de hene, rêbazên pabendbûna kuantûmê ji bilî xistina pereyê kuantum têne bikar anîn. Pîlana pabendbûnê rê dide partiyek Alice ku nirxek rast bike (ji bo ku Alice nekare wê biguhezîne û Bob wergir nikare tiştek li ser wê fêr bibe heya ku Alice wê eşkere neke. Protokolên krîptografî bi gelemperî mekanîzmayên pabendbûnê yên weha bikar tînin (mînak veguheztina pereyê Quantum, delîlên zanîna zero, hesabkirina du-alî ya ewledar, û veguheztina Oblivious).
Ew ê bi taybetî di mîhengek quantum de sûdmend bin: Crépeau û Kilian destnîşan kirin ku protokolek ewledar a bê şert û merc ji bo pêkanîna veguheztina bi vî rengî ya neguhdar dikare ji pabendbûn û kanalek quantum were çêkirin. Kilian, ji aliyek din ve, destnîşan kir ku veguheztina berbiçav dikare were bikar anîn da ku hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hebe. (Bala xwe bidinê ka em li vir piçekî şêlû ne: Encamên Crépeau û Kilian rasterast destnîşan nakin ku meriv dikare bi pabendbûn û kanalek quantum ve hesaba pir-partî ya ewledar pêk bîne. Ev ji ber ku encam "berhevhatî" misoger nakin. tê vê wateyê ku gava ku hûn wan berhev dikin, hûn xetera windakirina ewlehiyê dikin.
Mixabin, mekanîzmayên pabendbûna quantumê yên destpêkê xelet in. Mayers destnîşan kir ku (bê şert û merc ewledar) pabendbûna kuantumî ne mumkun e: her protokola pabendbûna kuantumê dikare ji hêla êrîşkarek bêsînor a hesabkirinê ve were şikandin.
Lêbelê, vedîtina Mayers îhtîmala avakirina protokolên pabendbûna quantum (û ji ber vê yekê protokolên hesabkirina pir-partî yên ewledar) bi karanîna texmînên pir qelstir ji yên ku ji bo protokolên pabendbûnê yên ku ragihandina quantum bikar neynin hewce dike, red nake. Rewşek ku tê de ragihandina quantum dikare were bikar anîn da ku protokolên pabendbûnê pêşve bibin, modela hilanîna quantum a sînorkirî ye ku li jêr hatî destnîşan kirin. Vedîtinek di Mijdara 2013-an de ewlehiya agahdariya "bê şert" peyda dike bi berhevkirina teoriya quantum û relatîvîteyê, ku ji bo yekem car li seranserê cîhanê bi bandor hate îsbat kirin. Wang et al. pergalek pabendbûna nû pêşkêş kiriye ku tê de "veşartina bê şert" îdeal e.
Pevgirêdanên krîptografî jî dikarin bi karanîna fonksiyonên ne-klonkirî yên laşî bêne çêkirin.
Modela hilanîna quantumê ya sînordar û bi deng
Modela hilanîna quantumê ya bisînorkirî dikare were bikar anîn da ku protokolên pabendbûna quantum û veguheztina berbiçav (OT) ya bê şert û merc (BQSM) biafirîne. Di vê senaryoyê de, tê texmîn kirin ku kapasîteya hilanîna daneya kuantûmê ya dijmin ji hêla Q-ya domdar a naskirî ve tête sînorkirin. Lêbelê, ti sînorek li ser çiqas daneya klasîk (ne-kuantum) ku dijmin dikare hilîne tune ye.
Pêvajoyên veguheztinê yên pabendbûn û nezanîn dikarin di BQSM de bêne çêkirin. Ev têgeha bingehîn ev e: Ji Q zêdetir bitên kuantûmê di navbera aliyên protokolê (qubits) de têne guheztin. Ji ber ku tewra dijminekî nepak jî nikare wan daneyan hilîne (bîra kuantûmê ya dijmin bi Q qubitan ve sînorkirî ye), pêdivî ye ku beşek girîng a daneyan were pîvandin an hilweşandin. Bi zorê dide aliyên nepak ku beşek girîng a daneyan bipîvin, protokol dikare ji encama nemumkun dûr bixe, rê dide ku protokolên veguheztinê yên pabendbûn û nehesibandinê bikar bînin.
Protokolên Damgrd, Fehr, Salvail, û Schaffner ên di BQSM de napejirînin ku beşdarên protokola rast tu agahdariya kuantum digirin; pêdiviyên teknîkî bi yên di protokolên belavkirina mifteya quantum de yek in. Van protokolan bi vî rengî, bi kêmî ve di teoriyê de, bi teknolojiya îroyîn re dikarin bêne bicîh kirin. Tevliheviya danûstendinê ya li ser bîranîna kuantûmê ya dijber tenê faktorek domdar ji Q-ya bend bilindtir e.
BQSM xwedan avantajê ye ku di pêşgotina xwe de ku bîranîna kuantûmê ya dijber bêdawî ye rast e. Tewra hilanîna yek qubitek pêbawer ji bo demek dirêj bi teknolojiya îroyîn re dijwar e. (Pênase "bi têra xwe dirêj" ji hêla taybetmendiyên protokolê ve tê destnîşan kirin.) Demjimêra ku dijmin hewce dike ku daneyên quantum biparêze dikare bi kêfî dirêj were çêkirin bi lêzêdekirina valahiyek çêkirî di protokolê de.)
Modela hilanînê ya dengdar ku ji hêla Wehner, Schaffner, û Terhal ve hatî pêşniyar kirin dirêjkirina BQSM ye. Dijberek destûr dide ku cîhazên hilanînê yên quantumê yên bi her mezinahî bikar bîne li şûna ku sînorek jorîn li ser mezinahiya laşî ya bîranîna kuantûmê ya dijber bi kar bîne. Kanalên quantumê yên dengdar ji bo modela asta bêkêmasiyê têne bikar anîn. Heman primitives wekî di BQSM de dibe ku di astên dengî yên têra xwe bilind de werin hilberandin, ji ber vê yekê BQSM rewşek taybetî ya modela deng-depokirinê ye.
Di rewşa klasîk de bi danîna sînorek li ser mîqdara daneya klasîk (ne-kuantum) ya ku dijber dikare hilîne, di rewşa klasîk de tespîtên weha têne bidestxistin. Lêbelê, hate xuyang kirin ku di vê modelê de, divê partiyên rastgo jî bi heman rengî bîrek pir mezin bixwin (rûhê çargoşe ya bîranîna dijberê girêdayî). Wekî encamek, van rêbazan ji bo astengiyên bîranîna cîhana rastîn nexebitîne. (Hêjayî gotinê ye ku, digel teknolojiya îroyîn, wek dîskên hişk, muxalefet dikare cildên mezin ên daneyên kevneşopî bi bihayek kêm hilîne.)
Krîptografiya quantum li ser bingeha pozîsyonê
Armanca krîptografiya quantum-bingeha pozîsyonê ev e ku meriv pêbaweriya lîstikvanek (tenê) bikar bîne: cîhê erdnîgariya wan. Mînakî, bifikirin ku hûn dixwazin peyamek ji lîstikvanek li cîhek taybetî re bişînin û pê ewle bin ku ew tenê dikare were xwendin heke wergir jî li wî cîhî be. Armanca sereke ya verastkirina pozîsyonê ew e ku lîstikvanek, Alice, verastkerên (rastgo) razî bike ku ew li cîhek taybetî ye. Chandran et al. destnîşan kir ku verastkirina pozîsyonê bi karanîna protokolên kevneşopî li ber hebûna dijberên hevkar (yên ku hemî pozîsyonan kontrol dikin pozîsyona diyarkirî ya proverê kontrol dikin) ne gengaz e. Planên di bin cûrbecûr astengiyên li ser dijberan de gengaz in.
Kent di sala 2002-an de li ser pergalên quantum-bingeha yekem di bin navê 'tagkirina quantum de' lêkolîn kir. Di sala 2006 de, patenta Dewletên Yekbûyî hate wergirtin. Di sala 2010-an de, ramana karanîna bandorên kuantumê ji bo verastkirina cîhê yekem car di kovarên zanistî de hate weşandin. Piştî ku di 2010-an de çend protokolên din ên quantumê ji bo verastkirina pozîsyonê hatin pêşniyar kirin, Buhrman et al. îdia kir ku encamek nemimkûniya giştî: dijminên lihevhatî dikarin her gav ji verastkeran re xuya bikin ku ew di pozîsyona îdîakirî de ne bi karanîna hejmareke mezin a tevliheviya kuantûmê (ew di hejmara qubitan de ku lîstikvanê rast dixebite jimareyek ducarî ya ducaran a EPR bikar tînin. li). Lêbelê, di paradîgmaya hilanînê-kuantum a sînorkirî-an dengbêj de, ev encam îhtîmala nêzîkatiyên bikêr dernakeve (li jor binêre). Beigi û König paşê hejmara cotên EPR-ê yên ku di êrîşa berfireh de li dijî rêbazên verastkirina pozîsyonê heya astên berbiçav zêde kirin. Wan her weha destnîşan kirin ku protokolek li dijî dijberên ku tenê hejmarek rêzik a cotên EPR kontrol dikin ewledar e. Hêjayî gotinê ye ku lêkolîna li ser krîptografiya quantum-bingeha pozîsyonê bi protokola teleportasyona quantum-based port-based ve girêdayî ye ku verastkirina fermî ya cîhê bê şert û bi karanîna bandorên quantum ve mijarek neçareserkirî dimîne ji ber hevgirtina dem-enerjiyê, ku tê pêşniyar kirin. guhertoyek pêşkeftî ya teleportasyona quantumê ye ku tê de çend cotên EPR di heman demê de wekî port têne bikar anîn.
Cîhaza krîptografiya kuantumê ya serbixwe
Ger ewlehiya protokola krîptografî ya kuantûmê bi rastbûna amûrên quantum ên ku têne bikar anîn ve girê nede, tê gotin ku ew ji cîhazê serbixwe ye. Wekî encamek, rewşên cîhazên xelet an jî neyartî divê di analîza ewlehiyê ya protokolek weha de bêne bicîh kirin. Mayers û Yao pêşniyar kirin ku protokolên kuantûmê bi karanîna amûra kuantumê ya "xwe-ceribandin" werin sêwirandin, ku dibe ku karûbarên hundurîn bi statîstîkên wan ên ketin-derketinê ve yekta were nas kirin. Li dûv wê, Roger Colbeck parêzvanî kir ku ceribandinên Bell bikar bîne da ku rastdariya amûran di teza xwe de binirxîne. Ji hingê ve, hejmarek pirsgirêk hatine destnîşan kirin ku protokolên bê şert û merc ewledar û serbixwe-cîhaz qebûl dikin, tewra gava ku amûrên rastîn ên ku ceribandina Bell-ê dikin bi girîngî "bi deng in", ango, ji îdealê dûr in. Dabeşkirina mifteya quantum, berfirehkirina bêserûber, û zêdekirina bêserûberî mînakên van pirsgirêkan in.
Lêkolînên teorîkî yên ku ji hêla Arnon- Friedman et al. di sala 2018-an de eşkere dike ku karanîna taybetmendiyek entropiyê ku wekî "Teorema Kombûna Entropiyê (EAT)" tê zanîn, ku dirêjkirina Taybetmendiya Hevbeşiya Asîmptotîk e, dikare ewlehiya protokolek serbixwe ya cîhazê garantî bike.
Krîptografiya post-quantum
Dibe ku komputerên quantum bibin rastiyek teknolojîk, ji ber vê yekê pir girîng e ku meriv algorîtmayên krîptografî yên ku li dijî dijminên ku gihîştina yekê têne bikar anîn lêkolîn bikin. Krîptografiya post-quantum ev têgîn e ku ji bo vekolîna van rêbazan tê bikar anîn. Gelek teknîkên şîfrekirin û îmzekirinê yên populer (li ser bingeha ECC û RSA) dikarin bi karanîna algorîtmaya Shor-ê ji bo faktorkirin û hesabkirina logarîtmên veqetandî yên li ser komputerek quantum werin şikandin, ku pêdivî bi şîfrekirina post-quantum heye. Planên McEliece û lat-based, û her weha pir algorîtmayên kilît-sîmetrîk, nimûneyên pîlan in ku li gorî zanîna îroyîn li hember dijberên kuantum ewledar in. Lêkolînên krîptografî yên post-quantum hene.
Algorîtmayên şîfrekirinê yên heyî jî têne lêkolîn kirin da ku bibînin ka ew çawa dikarin werin nûve kirin da ku bi dijberên quantum re mijûl bibin. Mînakî, dema dor tê pêşxistina pergalên îsbatkirina zanyariya sifir ku li hember êrişkerên kuantum ewledar in, stratejiyên nû hewce ne: Di hawîrdorek kevneşopî de, analîzkirina pergalek îsbatkirina zanyariya sifir bi gelemperî "paşveçûn" digire, teknîkek ku hewce dike kopîkirina dijmin. dewleta navxweyî. Ji ber ko kopîkirina dewletek di çarçoveyek quantum de her gav ne gengaz e (teorema ne-klonkirinê), divê nêzîkatiyek paşvekêşanê were sepandin.
Algorîtmayên post-kuantum carinan wekî "berxwedêrên quantum" têne zanîn ji ber ku, berevajî belavkirina mifteya quantumê, nenas e an jî îsbatkirî ye ku êrişên kuantumê yên pêşerojê dê ne serketî bin. NSA niyeta xwe ya koçkirina algorîtmayên berxwedêr ên kuantûmê radigihîne, tevî ku ew di bin algorîtmaya Shor de ne. Enstîtuya Neteweyî ya Standard û Teknolojiyê (NIST) hîs dike ku primitives-ewle quantum divê bêne hesibandin.
Krîptografiya kuantumê ji belavkirina mifteya quantumê wêdetir
Krîptografiya quantum heya vê gavê bi pêşkeftina protokolên belavkirina mifteya quantum re têkildar e. Mixabin, ji ber hewcedariya sazkirin û manîpulekirina çend cot mifteyên nehênî, pergalên krîpto yên sîmetrîk ên bi mifteyên ku bi belavkirina mifteya kuantumê ve têne belav kirin ji bo torên mezin (gelek bikarhêner) bêbandor dibin (ku jê re tê gotin "pirsgirêka rêveberiya mifteyê"). Digel vê yekê, ev dabeşkirin rêgezek pêvajo û karûbarên krîptografîk ên din ên ku di jiyana rojane de krîtîk in nagire. Berevajî belavkirina mifteya quantumê, ku algorîtmayên klasîk ji bo veguheztina krîptografî vedihewîne, protokola sê-qonaxa Kak wekî rêyek ji bo pêwendiya ewledar a ku bi tevahî quantum e hate pêşkêş kirin.
Ji belavkirina mifteyê wêdetir, lêkolîna krîptografî ya kuantumê rastkirina peyama kuantum, îmzeyên dîjîtal ên kuantumî, fonksiyonên yekalî yên quantum û şîfrekirina mifteya giştî, şopandina tiliyên quantum û verastkirina hebûnê vedihewîne (mînakî, li xwendina Quantum a PUF-an binêre), û hwd.
Pêkanîna pratîk
Krîptografiya quantum di sektora ewlehiya agahdariyê de, bi kêmî ve di prensîbê de, xalek serketî xuya dike. Lêbelê, tu rêbazek krîptografî nikare bi tevahî ewledar be. Krîptografiya quantum di pratîkê de tenê bi şert û merc ewle ye, xwe dispêre komek texmînên sereke.
Texmîna çavkaniya yek-photon
Çavkaniyek yek-fotonê di bingeha teorîkî de ji bo belavkirina kilîta kuantumê tê hesibandin. Ji aliyek din ve çavkaniyên yek-fotonê çêkirina dijwar e, û piraniya pergalên şîfrekirina quantumê yên cîhana rastîn ji bo gihandina daneyan xwe dispêrin çavkaniyên lazer ên qels. Êrîşên guhdarîkirinê, nemaze êrîşên parçekirina foton, dikarin van çavkaniyên pir-foton bikar bînin. Eve, ku guhdarî dike, dikare çavkaniya pir-fotonê bike du nusxe û yek ji xwe re bihêle. Fotonên mayî paşê ji Bob re têne şandin, bêyî ku nîşan bide ku Eve kopiyek daneyan berhev kiriye. Zanyaran îdia dikin ku karanîna dewletên dek û dolaban ji bo ceribandina hebûna guhdarek dikare çavkaniyek pir-foton ewledar biparêze. Lêbelê, zanyaran di sala 2016-an de çavkaniyek fotonek yekane ya hema hema bêkêmasî hilberandin, û ew bawer dikin ku ew ê di demek nêzîk de were pêşve xistin.
Texmîna karbidestiya detektorê ya yekane
Di pratîkê de, pergalên belavkirina kilîta quantum du dedektorên yek-photon bikar tînin, yek ji bo Alice û yek ji bo Bob. Van fotodetektoran têne pîvandin da ku fotonek hatî di nav navberek millisecond de tespît bikin. Pencereyên tespîtkirina du dedektoran ji ber cûdahiyên hilberînê yên di navbera wan de dê bi mîqdarek bêdawî werin veguheztin. Bi pîvandina qubita Alice û radestkirina "dewletek sexte" ji Bob re, guhdarek bi navê Eve dikare ji bêbandoriya dedektorê sûd werbigire. Eve fotonê ku Alice şandiye berhev dike berî ku fotonek nû çêbike da ku radestî Bob bike. Eve qonax û dema fotona "sextekirî" bi vî rengî dişoxilîne ku Bob nikaribe guhdarvanek bibîne. Rêbaza yekane ya ji holê rakirina vê qelsiyê rakirina nakokiyên kargêriya fotodetektorê ye, ku ji ber toleransên hilberîna dawîn ên ku cûdahiyên dirêjahiya riya optîkî, cûdahiyên dirêjahiya têlan, û pirsgirêkên din çêdikin, dijwar e.
Ji bo ku hûn xwe bi hûrgulî bi bernameya sertîfîkayê re nas bikin, hûn dikarin tabloya jêrîn berfireh bikin û analîz bikin.
Bernameya Sertîfîkaya Bingehîn a Krîptografiya Quantumê ya EITC/IS/QCF di formek vîdyoyê de materyalên dîdaktîk ên vekirî-gihîştî referans dike. Pêvajoya fêrbûnê di nav avahiyek gav-bi-gav (bername -> ders -> mijar) de tê dabeş kirin ku beşên dersa têkildar vedihewîne. Bi pisporên domainê re şêwirmendiya bêsînor jî tê peyda kirin.
Ji bo hûrguliyên li ser prosedûra Sertîfîkayê kontrol bikin Ku çawa dixebite.
Materyalên amadekariyê yên bêserûber ên ji bo EITC/IS/QCF Quantum Cryptography Fundamentals di pelek PDF de dakêşin
Materyalên amadekar ên EITC/IS/QCF - guhertoya standard
Materyalên amadekar ên EITC/IS/QCF - guhertoya dirêjkirî ya bi pirsên vekolînê