Квантовая криптография

Этот документ будет охватывать области квантовой криптографии. Квантовая криптография является метод обеспечения информации, которая достигла своего времени. До сих пор любая информация отправляется по всей сети, даже с шифрованием, стала предметом подслушивающие. Есть не дурак-доказательство методы обеспечения конфиденциальности информации. Если хакер отражает ключевой для сообщения или файла, который использует публичный ключ шифрования, шифрование бесполезно. Квантовая криптография стремится изменить это за счет использования квантовых механик основы. Из-за этих основ, квантовая система нарушена, когда человек пытается количественно измерить или она каким-то образом. Если хакера были перехватить ключ в квантовой криптографии в системе не будет обнаружить аномалии в ключ. Сообщение или файл не будет отправлено в случае каких-либо аномалий, как это установлено, поэтому информация не будет скомпрометирован. Это не может быть гарантирована в публичных ключей шифрования.

Интернет изменил нашу жизнь. Ее рост, особенно за последнее десятилетие так рады, потребителей и бизнеса. Наряду с преимуществами он принес в наш образ жизни и работы, он также приняли дополнительные проблемы. Крупнейший озабоченность вызывает безопасность конфиденциальной информации, когда, передаваемых через Интернет. Кражи личных данных стало все более распространенным в информации, такой как номера социального страхования, номера кредитных карт, информацию о банковском счете, а также личные данные передаются миллионы раз в день. Чтобы обеспечить конфиденциальность личной и корпоративной информации, ИТ-специалисты и другие обратились к использованию шифрования. Шифрование является кодирование информации, с тем чтобы сделать его нечитаемым для тех, кто не должен иметь доступа к информации. Есть много методов шифрования доступны, начиная от простых до очень сложных. Независимо от того, какой способ вы выберите, нынешние методы основаны на науке криптографии. Криптография не является новой наукой. Оно фактически было вокруг в течение столетий. Перед появлением компьютеров криптографии в первую очередь использоваться правительствами, особенно для секретности военной информации. Одна из самых ранних известных видов использования криптографии Цезарь Cipher, которая восходит к римских времен. (Тайсон, 2008)

Эта схема шифрования, как утверждается, использовались Юлий Цезарь тайно для общения со своим войском. Цезарь установлено, что путем переноса каждая буква в сообщение стандартный номер пространств, то он может направить его генералов безопасных сообщений. Шифрами работу он был простым, но эффективным. Он был бы переход каждая буква в текстового сообщения на три места права в алфавите. Пробелы и знаки препинания будут оставаться неизменными. Если враг произошло перехватить шифрованный текст сообщения, оно будет отображаться как тарабарщина, поскольку только Caesars генералов знал код. Например порядка "Возвращение в Рим" станет "UHWXUA WR URPH". После того, как его командиры получили сообщение, они могли бы определить это просто переход каждая буква назад три места на левом раскрывая текстового. (Троицкий, 2006)

Хотя это было достаточно сильны метод шифрования для Цезаря время, права на основе код очень легко взломать компьютер. В самом деле, из-за нашего понимания криптографии сегодня, таких шифров можно довольно легко расколоть вручную с использованием современных математических и статистических данных. Таким образом, системы шифрования используется сегодня в Интернете используют компьютерные алгоритмы. Большинство компьютерных систем шифрования используется могут быть классифицированы в одну из двух категорий. Они используют либо симметричного ключа шифрования или с открытым ключом (асимметричная) шифрования.

Симметричных ключей использует один ключ, закрытого ключа на основе алгоритма частности, как зашифровать и расшифровать файл. Публичных ключей шифрования используются два ключа. Одним из ключевых, публичный ключ, который является общим, используется для шифрования файла. Вторым ключевым, называемый частный ключ, используется для расшифровки файла. Это достигается за счет применения хэш-значение. Основная идея заключается в том, чтобы изменить базовый вход, используя алгоритм хеширования. Простой пример ввода значения 10000, умноженных на хэш 150. Выход будет хэш-значение 1.500.000. Если кто-то должны были перехватить хэш-значение, то было бы трудно определить, первоначальная стоимость 10000 без хэш-алгоритма. Хеш алгоритмы являются на самом деле гораздо сложнее, чем об этом с ключами на основе 128-битных чисел или выше. 128-битный номер 2128 возможных комбинаций. Вот 3402823669209384634633746074300000000000000000000000000000000000000 разными значениями! (Тайсон, 2008)

Даже несмотря на это, как представляется, астрономически большим числом, и можно было бы задаться вопросом, каким образом это могло бы не быть дураком-доказательство, есть один крупный недостаток в настоящее время методов шифрования используется. Ключ должен быть известен под общении сторон. Затем проблема заключается в распределении ключей надежно. Если кто-то перехватывает или обнаружит ключ, даже самые сложные и дорогостоящие системы шифрования может быть вынесено бесполезно. Чаще всего в рамках сегодняшних стандартов невозможно определить с абсолютной уверенностью, что ключи используются не были скомпрометированы. Квантовая криптография ключ, который называют также квантовой ключевых распределение, стремится изменить это путем применения квантовой механики. Этот метод позволит пользователям производить разделяет случайная комбинация бит для шифрования и дешифрования сообщения. Квантовое распределение ключевых бы обеспечить, чтобы эта строка будет лишь известны сторонам, что сообщение предназначено для.

Теория квантовой механики было вокруг более чем восемьдесят лет. Хотя многие из его концепции борьбы с понятна, она оказала точное описание мира на атомном уровне. Эта теория была использована чтобы многие из крупных достижений и открытий нашего времени. Проектирование лазеров, волоконно-оптических, жесткие диски, компьютерные чипы и все это удалось благодаря квантовой механики. Благодаря все большее понимание и дальнейшее развитие технологии мы начали иметь возможность манипулировать квантовые состояния отдельных subatomic частиц. Это позволяет нам использовать странные квантовых свойств в более прямой путь.
Человек, используются для виду информации в абстрактной основе. Компьютеры нет. Мы думаем о информация хранится в компьютерах в качестве либо "0" или "1". В действительности, информация представлена в физическом присутствии или отсутствии электрического заряда, тока, или луч света. Положительный заряд или пучок света будет представлять "1". Отсутствие обвинения или светло будет представлять "0". Как и техники схем становятся все более незначительными. Квантовые эффекты стали еще более важно, как мы должны относиться на производство нано-масштаба. Конечно, конечная лимит в области информационных технологий будет представлять информацию в квантовых состояния одной частицы, такие как поляризация фотонов. (Щиты, Юань, 2007)

Криптография стала жизненно важной частью защиты сегодняшних компьютерных и коммуникационных сетей. Квантовая криптография является защищенный метод коммуникации, поскольку он использует странные уникальных свойств квантовых состояний. В отличие от классической физики, простой акт измерения квантового состояния в целом изменить такое положение. Это позволяет двум пользователям общаться с помощью квантовой криптографии для обнаружения присутствия eavesdropper попытке перехвата ключа. Если eavesdropper перехватывает ключ передается в квантовых состояний и попытки "мера", они не могу не изменяя его. Аномалий создал бы обнаружить и зашифрованный файл или сообщение не будет отправлено. Важно понимать, что квантовая криптография не используется передать сообщение или файл, а, скорее, используется для производства и распространения ключа. Пользователи могут использовать любой алгоритм шифрования они решили определить зашифровывать, писать шифром сообщение или сообщение. Сообщение может быть затем передается через стандартный канал связи без страха, поскольку вы знаете, что ключ находится в безопасности.

Для целей настоящей статье мы будем использовать два пользователей, Элис и Боб, в наших примерах. Допустим, Алиса необходимо отправить Боб сообщение или файл, таких как корпоративная информацию о банковском счете, более необеспеченные канал связи. Конфиденциальность имеет первостепенное значение. Поэтому Алиса и Боб должны использовать секретный ключ. В отличие от других методов распределения, квантовая криптография гарантирует, что никто другой не имеет ключа. Алиса можете выбрать любой алгоритм она хотела бы ее шифровать сообщения в шифрованный текст. Шифрованный текст будет непонятной для eavesdropper, которые мы будем называть Еву, но Боб сможет использовать ключ безопасности, чтобы расшифровать послание. Чтобы еще больше снизить риск ключевых обнаруживаются через криптоанализ, квантовые распределения ключевых позволяет также ключом к часто изменилось. (Юань)

Приборы, используемые в квантовой криптографии устройств, как правило, используют отдельные фотоны света и использовать либо неопределенности Гейзенберга и квантовой выемка. Согласно принципу неопределенности Гейзенберга, некоторые пары физические свойства дополняют друг друга в смысле, что измерение один собственности будет мешать другим. Есть два дополнительных свойств, которые часто используются в квантовой криптографии. Эти дополнительные свойства двух типов для поляризации фотонов. Прямолинейный поляризация вертикальная и горизонтальная поляризация и диагональной поляризации на 45 ° и 135 °.

Квантовая выемка является государство, где физические свойства двух или более частиц имеют физические свойства, которые сильно взаимосвязаны. Эти частицы могут разделить информацию, которая не может быть количественно, измеряя состояние одной частицы. Даже если вы оцениваете состояние одной частицы, он дает никаких указаний от состояния других частиц. Корреляция этих физических свойств существует независимо от того, насколько далеки друг от друга частиц может быть.

Есть два протоколов, основанных на этих двух теорий квантовой механики. Первый основан на неопределенности Гейзенберга и была создана в 1984 году теоретической физики Чарльз Беннетт на IBM и Жиль Brassard в Университете Монреаля. Он использует поляризацию фотонов для кодирования информации и называется BB84 после ее изобретателей и год он был создан. Использование BB84, Алиса создаст случайных бит, либо "0" или "1". Она была бы затем выберите либо прямолинейный или диагонали состоянии передать его в указанный в таблице. Она будет готовить поляризации фотонов в зависимости от состояния битное значение и государства. Алиса затем передать один фотон с Боб в состоянии указан. Данный протокол также опирается на квантовых случайности держать eavesdropper знакомиться с секретным ключом. (Википедия, 2008)

Второй протокол был создан Артуром Ekert в 1991 году и использует запутались пар фотонов. Эти пары могут быть получены либо из Алисы и Боба. Они даже могут быть сгенерированы из отдельного источника до тех пор, как Алиса и Боб каждый в итоге фотона из пары. Протокол зависит от свойств выемка. Мы можем сделать запутались состояний фотонов вполне коррелируют. Например мы можем сделать поляризации частиц, напротив друг друга. Поэтому, если Алиса и Боб как проверить свои частиц и Алиса в вертикальной, Bob's будет горизонтальной с 100% вероятностью. Это также будет верно, если они оба мера любой другой паре ортогональных поляризаций. Это позволит Боб знать состояние Алисы в частицы, и наоборот. Однако, Ева не может ни одна мера и определяет состояние другой. По сути, любая попытка подслушать бы разрушить корреляции и обнаружению.

Эти два протокола даст Элис и Боб одинаковых ключей. Если ключи отличаются, это может быть вызвано тем, что в канун или даже несовершенства в самой передачи. Если ключ-видимому, будут скомпрометированы имеются два метода, информация примирения и усиления личной жизни, чтобы исправить проблему. Информация примирения используется для обеспечения Элис и Боб имеют одинаковые ключи и широко использует каскад протокол для коррекции ошибок. Это происходит в несколько раундов и может дать дополнительную информацию накануне около ключей. Именно здесь происходит усиление частной дюйма Конфиденциальность усиления использует универсальный хэш-функции для получения новых короче ключ таким образом, что Ева будет иметь минимальную информацию о новых ключ. Новый ключ будет сокращен на основе обнаруженных ошибок.

Существует огромный коммерческий потенциал для квантовой криптографии. В Европе и США она привлекает частные инвестиции в нескольких начинающих компаний. В настоящее время эти компании ориентирована в направлении своего бизнеса корпорации и правительства с высоким уровнем безопасности. До сих пор, курьеры были использованы для распределения ключевых высокого уровня безопасности в ситуациях, когда традиционные ключевые распределение не обеспечивает достаточной уверенности. Этот метод может быть очень много времени, и еще есть шанс курьер может оказаться под угрозой. В квантовой криптографии это уже не будет необходимости, поскольку можно обнаружить каких-либо перехвата ключа. Квантовое распределение ключевых также дешевле, чем обеспечить курьерскую сеть, а как более надежный и автоматизированы.

Однако есть еще некоторые факторы, которые мешают широкому принятию квантовой криптографии. Стоимость оборудования по-прежнему довольно высок по сравнению с традиционными сетей и шифрование оборудования. Там был также отсутствие явных угроз в адрес существующих основных протоколов обмена для типичного использования. Многие потенциальные клиенты отсутствие понимания физики позади квантовой механики. Эти клиенты, используются для шифрования вместо традиционных. Пользователи нуждаются уверенность, что от продавцов оборудования и методов, речь идет о безопасности. В настоящее время, безопасности, сертификации оборудования, не имеют широкого распространения, общий стандарт.

Несмотря на эти вопросы, мы можем видеть еще квантового распределения ключевых просачивания даже домашних сетях. Инфраструктура находится в уже действует во многих странах для более широкого использования. Волоконно-оптические сети в настоящее время используется в этих странах по Интернет, а также телефоны и телевизионные услуги. Как технологий и рынков для квантовой криптографии с авансов мы можем рассчитывать на снижение цен. Мы могли видеть этих продуктов на внутренних приложений в качестве мало, как десять лет. (Википедия, 2008)

Ресурсы:

* Mayers, D (2001). Безусловные безопасности в квантовой криптографии. Журнал ACM. 48, 351-406.

* Смолин, (2004). Первых дней экспериментальной квантовой криптографии. IBM журнала исследований и разработка. 48, 47.

Шилдс, и юань, Z, (2007, 1 мая). Ключ к квантовой промышленности. Получено 18 марта 2008 года, с physicsworld.com Веб-сайт: http://physicsworld.com/cws/article/print/27161

Тайсон, Дж. том, как работает шифрование. Получено 12 апреля 2008 года, с Howstuffworks Веб-сайт: http://www.howstuffworks.com/encryption.htm

(2006, 18 января). Криптография - Цезарь шифра. Получено 12 апреля 2008 года, с Trinity College Веб-сайт: http://www.trincoll.edu/depts/cpsc/cryptography/caesar.html

(2008, 16 марта). Квантовая криптография. Получено 18 марта 2008 года, с названием веб-сайта: http://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_cryptography