Základní pojmy
Kvantová kryptografie s tradičními systémy hesel spoléhá jako bezpečný režim na klíčové aspekty fyziky spíše než na matematiku. V podstatě je kvantový kryptografický systém nerozbitné kryptografické aplikace a jejich inherentní jednofotonové kvantové vlastnosti založené na vývoji, protože nemohou měřit kvantový stav systému bez rušení systému. Teoreticky lze použít i jiné částice, pouze fotony s veškerou požadovanou kvalitou, jejich chování je poměrně dobře známé, ale je to také nejslibnější širokopásmové komunikační médium nosič informací optický kabel.
Funguje
teoretický model
Teoreticky funguje kvantová kryptografie (tento pohled vychází z tradičního modelu Bennetta a Brassarda z roku 1984 v následujících způsobech vývoje, existují i jiné režimy):
Předpokládejme dva lidi, kteří si chtějí bezpečně vyměňovat informace, jmenují se Alice a Bob. Alice Bobovi zasláním inicializační informace do klíče, tento klíč může být informací o režimu šifrování dat. Je to náhodná sekvence bitů, nějaký typ režimu přenosu, dvě různé počáteční hodnoty, které představují konkrétní binární bit (0 nebo 1).
zapomínáme, že tento klíč je přenášen jednosměrným tokem fotonů, každá jednotlivá fotonová částice představuje datový bit (0 nebo 1). Kromě přímého chodu všechny fotony také nějakým způsobem vibrují. Tyto vibrace podél libovolné osy v prostoru 360 stupňů jsme pro jednoduchost (alespoň zjednodušený problém v kvantové kryptografii) dali těmto vibracím specifický stav rozdělený do čtyř skupin, tj. horní, dolní, levá, pravá, horní levá, dolní vpravo a vpravo nahoře, vlevo dole, úhel vibrací na pólech podél fotonu. Filtr, který umožňuje atomové vibrace v určitém stavu beze změny, takže ostatní atomy změněným stavem šoku (může být i zcela zablokován fotony, ale zde tento atribut budeme ignorovat). Alice má polarizátor, který umožňuje fotony ve skutečnosti ve čtyřech stavech, může si vybrat filtr (horní, dolní, levý, pravý) nebo diagonální (vlevo nahoře, vpravo dole, vpravo nahoře, vlevo dole) podél přímky.
Alice ve své konverzi mezi přímým a diagonálním vibračním režimem pro filtrování náhodného přenosu jednoho fotonu. Pokud ano, znamená to jeden bit, 1 nebo 0 v jednom ze dvou režimů vibrace.
Když přijímáte fotony, Bob musí být přímka nebo úhlopříčka polarizátoru, aby bylo možné měřit každý bit fotonu. Může vybrat správný úhel polarizace, může to být špatně. Protože Alice je velmi libovolná volba polarizátoru, foton by reagoval, když zvolíte špatný polarizátor?
teoretický
Heisenbergův princip neurčitosti říká, že nemůžeme určit, že se každý jednotlivý foton stane, protože měříme jeho chování změnilo jeho vlastnosti (pokud chceme měřit dvě vlastnosti systému, měříme naše práva při vyloučení jiného kvantovaného). Můžeme však odhadnout, co se v této skupině stalo. Když Bob měří levý horní / pravý horní a pravý dolní / dolní levý (úhlopříčku) pomocí lineárních bočních světelných fotonů, fotonový stav je změní při průchodu polarizátorem, napůl do režimu vertikálních vibrací, na druhý napůl. . Nemůžeme však určit jediný foton, který bude převeden do stavu (samozřejmě v reálných aplikacích jsou některé fotony blokovány, ale s touto teorií to má málo společného).
může být také možné opravit chyby, když Bob měří fotony, viditelné, Alice a Bob vytvořili nezabezpečený komunikační kanál, ostatní, kteří mohou naslouchat. Pak Alice řekne Bobovi, který bit fotonu vysílal polarizátor, ne jak polarizovala fotony. Mohla by říci foton číslo 8597 (teoreticky) pomocí přenosu v lineárním režimu, ale neřekla by, zda a kdy má utratit sesílané dolů nebo doleva a doprava. Bob Toto má určit, zda použil správný polarizátor akceptoval každý foton. Pak Alice a Bob, aby opustili všechny fotony, použili nesprávná měření polarizátoru. Mají, původní sekvence přenosu je poloviční než délka 0 a 1. Ale to tvoří základ teorie jednorázových podložek (OTP), že jakmile jsou správně implementovány, považuje se to za zcela náhodný a bezpečný systém hesel .
teoretické předpoklady
Předpokládáme, že existuje posluchač Eve, který se snaží odposlouchávat informace, má polarizátor s Bobem stejným, je třeba zvolit přímou nebo diagonální filtraci fotonů. Čelí však stejným problémům jako Bob, poloviční možnost, že by zvolil špatný polarizátor. Bobovou výhodou je, že může potvrdit typ polarizátoru, který Alici používá. A Eva není v žádném případě, polovina možnosti, že si vybrala špatný detektor, nesprávně interpretovala informace o fotonu, aby vytvořila konečný klíč, čímž by se stala nepoužitelnou.
Dále, v kvantové kryptografii existuje další inherentní úroveň zabezpečení, a to detekce narušení. Alice a Bob by věděli, jestli je Eva poslouchá. Eva na skutečnost, že fotonovou linii bude velmi snadné najít, a to z následujících důvodů:
Předpokládejme, že Alice převede číslo vpravo nahoře/vlevo z fotonů 349 na Boba, ale tentokrát s lineárním polarizátorem Eve pouze přesné určení fotonů vertikálního nebo horizontálního typu. Pokud Bob s lineárním polarizátorem, pak je to jedno, protože by opustil fotony z poslední klíčové hodnoty v. Ale pokud Bob s diagonálním polarizátorem, nastává problém, může být správné měření, podle Heisenbergovy teorie neurčitosti, může dojít k chybným měřením. Eva se špatným polarizátorem změní stav fotonu, Bob i se správným polarizátorem může dělat chyby.
Jakmile zjistíte Evino špatné chování, musí provést výše uvedená opatření, získat jedinečnou sekvenci klíčů skládající se z 0 a 1, pokud nebyla ukradena, způsobí rozpor. Poté provedou další kroky ke kontrole platnosti klíčů. Pokud poslední klíč v nezabezpečeném kanálu porovnává binární číslice, je to velmi pošetilé, není to nutné.
Předpokládáme, že poslední hodnota klíče 4000 obsahuje binární číslice, Alice a Bo.b musí z těchto čísel vybrat náhodnou podmnožinu, 200 barů, podle dvou stavů (sériové číslo číslice 2,34,65,911, atd.) a digitální stav (0 nebo 1), jsou porovnány, a pokud všechny odpovídají, že Eva nemůže poslouchat. Pokud naslouchá, pak je pravděpodobnost, že se nenajde, jedna biliontina, to je nemožné, aby se nenašla. Alice a Bob najdou někoho, kdo bude poslouchat, již tento klíč nepoužijí, znovu spustí výměnu klíčů přes zabezpečený kanál, k Evě se samozřejmě nedostane, výše uvedené činnosti lze samozřejmě provádět i relativně nezabezpečeným kanálem. Pokud Alice a Bob usoudí, že jejich hodnoty klíče jsou bezpečné, protože byly testovány s 200, 200, které budou vyřazeny z poslední hodnoty klíče, změní se 4000 na 3800.
Spojení výměny klíčů kvantové kryptografie je tedy relativně snadným a pohodlným způsobem v běžné kryptografii klíčů.
praktický význam
V praxi byla kvantová kryptografie demonstrována v laboratořích IBM, ale vhodná pouze pro relativně krátké vzdálenosti. Úspěšný přenos fotonů optickým kabelem na delší vzdálenost s extrémně čistou optickou charakteristickou vzdáleností 60 km. Jen BER (chybovost) s Heisenbergovým principem neurčitosti nečistoty a mikrovlákno těsně propojené, takže systém nefunguje stabilně. Studie byly sice úspěšně přenášeny vzduchem, ale přenosová vzdálenost je velmi krátká i za ideálních povětrnostních podmínek. Aplikace kvantové kryptografie musí dále vyvíjet nové technologie ke zvýšení přenosové vzdálenosti.
Příklady aplikací
1, mezi Spojenými státy, Bílým domem a Pentagonem ve Washingtonu mají vyhrazené linky pro praktické aplikace, je také připojen v blízkosti hlavních vojenských objektů, obranných systémů a výzkumné laboratoře. Počínaje rokem 2003 představila společnost id Quantique v Ženevě a MagiQ Technologies, Inc. se sídlem v New Yorku, komerční produkty Bennettova experimentu s přenosovou vzdáleností s kvantovým klíčem nad 30 cm. NEC po ukázkové rekordní přenosové vzdálenosti 150 km uvede první produkty na trh v roce 2010. IBM, Fujitsu a Toshiba a další společnosti se také aktivně zabývají výzkumem a vývojem. Klíčové produkty na trh díky přenosu optických vláken desítky kilometrů.
2, v zemi, Asky quantum Tech CO., LTD (Q-day quantum) Výstavba Wuhu kvantové vládní sítě, takže naše země dosáhla velkého pokroku v této oblasti.
budoucnost
Kromě počátečního použití polarizačních charakteristik zakódovaných fotonů, ale také vznik nové metody kódování - fázového kódování fotonů. Ve srovnání s polarizačním kódováním nejsou výhody fázového kódování tak přísné požadavky na polarizaci.
Tato technologie může provést operaci, obecně je třeba projít tímto postupem: přenos kvantových informací na zemi - kvantové signály přenášené přes atmosféru - přijímající satelitní signály a předávány, aby chodily po světě, aby přijaly cíl. Jednou z výzev, kterým tato technologie čelí, je, že molekuly vzduchu vydrží kvantovou atmosféru katapultu na všechny strany, je obtížné přimět je absorbovat určený satelit.
Kromě toho bude tato technologie muset čelit výzvě „Šifrování při nízkých teplotách a nemůže zaručit rychlost šifrování“. Objevila se důvěrnost a krádež jako kopí a štít, jako jdou ruku v ruce s bojem mezi nimi, který probíhá již tisíce let, kvantová kryptografie teoreticky ukončila spor, chtěla, aby to byl skutečný Terminátor.
rozšířené čtení
kvantová kryptografie
k našemu stabilnímu a rychlému přenosu velkého množství dat přes optické vlákno. Ale ve skutečnosti můžeme mít jinou možnost, paprsek je předán přímo do dat bez použití optického vlákna. Nicméně důvěrné informace jsou velmi důležité, jak lze bezpečně přenášet data, se stalo vědou, známou jako "kvantová kryptografie (Quantum Cryptography)."
teorie kvantové kryptografie je kvantová mechanika, teorie se liší od konvenční matematické kryptografie. Pokud kvantová kryptografie přenáší data, tato data nebudou načtena ani vložena do žádné jiné části škodlivých dat, datový tok může být bezpečně kódován a dekódován. Nástroj pro kódování a dekódování je náhodná sekvence (bitové řetězce), můžete mu také říkat klíč (Key). V současné době je jádrem kvantového kryptografického výzkumu, jak používat kvantovou technologii bezpečný a spolehlivý distribuční kanál v kvantovém klíči.
odlišný od konvenční kryptografie, využívající principy fyzikální ochrany informací kvantové kryptografie. "Metoda kvantového informačního nosiče, přenášeného prostřednictvím kvantového kanálu, zřízení sdíleného klíče mezi legitimním uživatelem," obvykle známá jako kvantová distribuce klíčů (QKD), její bezpečnost podle "Heisenbergova principu nejistoty" a" jediného kvanta nelze zkopírovat Věta „záruka.
Heisenbergův princip neurčitosti
jsou základní principy kvantové mechaniky, vysvětluje zároveň, že pozorovatel nemůže přesně změřit "polohu" a "hybnost" analytu. "Jednoduché kvantové teorémy nelze zkopírovat" Heisenbergův princip neurčitosti je důsledkem, odkazuje na kopírování jednoho kvanta v případě, že nevíte, že kvantový stav není možný, protože chcete zkopírovat pouze jediné kvantum, nejprve byste provedli měření a měření nutně mění kvantový stav.
kvantový klíč
Z hlediska tvorby kvantového kryptografického klíče tento klíč nelze zkopírovat, a proto je naprosto bezpečný. Pokud by bohužel hackeři dopadli, protože proces měření změní kvantový stav, hackeři Krádež dat by postrádala smysl. Tým
z Německa a Spojeného království v posledním čísle časopisu Nature, uvedli vědci pomocí klíče (Key), vzdálenosti 23,4 kilometrů na dvou místech, s vlnovou délkou laseru 850 nm, vzájemně si posílají šifrovaná data v vzduch. Vzhledem k tomu, že neexistují dvě optická vlákna, přenos dat se provádí v obecném vzduchu, a proto za účelem snížení rušivého prostředí experimentujte v chudém vzduchu (nadmořská výška 2244 ~ 2950 m) a večer (aby se zabránilo světelnému znečištění). Na takovou vzdálenost (23,4 km) překonali američtí vědci světový rekord na 10 kilometrů.
Vědci nyní mají kvantový klíč, který lze přenášet v optickém vláknu. Nicméně s pokrokem doby, stále častější výměnou informací mezi lidmi, vědci doufají, že v budoucnu zavedou kvantový klíčový přenos 1600 kilometrů daleko, pokud takto vyspělý způsob přenosu dat můžete být na povrchu, rychle a bezpečně. přenos informací. Tato technika může být také použita jako prostředek komunikace s povrchovými družicemi na nízké oběžné dráze, čímž se vytvoří globální systém přenosu důvěrných informací.