Kuantum Anahtar Dağıtımı (QKD), kuantum mekaniğinin bileşenlerini içeren bir şifreleme protokolü uygulayan güvenli bir iletişim yöntemi olan Kuantum Şifreleme ile neredeyse benzerdir. Kuantum Kriptografisini tartışmadan önce Klasik Kriptografinin temellerinden bahsedebiliriz.
Kriptografi, verileri yalnızca amaçlananların okuyabilmesi ve işleyebilmesi için belirli bir biçimde depolama ve iletme yöntemidir. Klasik kriptografinin iki ana dalı vardır: Gizli veya Simetrik Anahtar Şifreleme ve Genel veya Asimetrik Anahtar Dağıtımı.
Gizli anahtar şifrelemesinde, iki taraf, aynı paylaşılan anahtarı kullanarak mesajlarını şifreler ve şifresini çözer. Burada, güvenli iletişim için anahtarı kullanmadan önce iki tarafın anahtarı bir şekilde (yani fiziksel, e-posta, mektup vb.) paylaşması gerekir ve paylaşım sırasında birisinin anahtarı çalıp çalmadığını asla bilemezsiniz. Bu, gizli anahtar şifreleme sisteminin ciddi bir dezavantajıdır.
Açık anahtar kriptografisinde anahtarın biri açık, diğeri gizli olmak üzere iki bölümü vardır. Açık anahtarla şifrelenen verilerin şifresi yalnızca özel anahtarla, özel anahtarla şifrelenen verilerin şifresi ise yalnızca açık anahtarla çözülebilir. Açık anahtar kriptografının güvenliği, hesaplama gücündeki gelişmelere veya verimli algoritmaların keşfine karşı potansiyel olarak savunmasız olan belirli problemlerin (yani tamsayı çarpanlarına ayırma veya ayrık logaritmik problem) zorluğunun kanıtlanmamış varsayımına dayanır. (Aslında, Shor'un algoritması gibi Kuantum Hesaplama kullanarak polinom zamanında hem tamsayı çarpanlarına ayırma hem de ayrık algoritma problemini çözen algoritmalar vardır.)
Klasik Şifrelemenin aksine, Kuantum Mekaniği ilkelerini kullanan Kuantum Anahtar Dağıtımı protokolleri, sistemde anahtarı öğrenmeye çalışan bir dinleyicinin varlığını tespit etme ek bir özelliği ile koşulsuz olarak güvenli bir ortak anahtar şifreleme sistemi sağlayabilir.
QKD'nin temel modeli, hem klasik iletişim kanalına (ortak anahtar paylaşım kanalı), hem de kübitlerin iletimini, manipülasyonunu ve algılanmasını ve kuantumu içeren asimetrik bir anahtar alışverişi yapmaya çalışan, Alice ve Bob olarak adlandırılan iki taraftan oluşur. temel mutabakat, hata düzeltme ve gizlilik amplifikasyon protokollerini içeren iletişim kanalı (özel anahtar paylaşım kanalı). Eve adında bir dinleyicinin her iki kanala da erişimi olduğunu varsayıyoruz.
Şimdi QKD protokollerini anlamak için gereken temel kuantum ilkelerini tartışacağız.
1. Heisenberg Belirsizlik İlkesi : HUP, bir kuantum sisteminde konum ve momentum gibi bir çift eşlenik özelliğin yalnızca bir özelliğinin kesin olarak bilinebileceğini belirtir (yani bir parçacığın konumunun makul bir ölçümü onun momentumunu bozar). HUP'tan yararlanan Kuantum Kriptografisi, fotonların polarizasyonunu (fotonlar fiber optik bağlantılar üzerinden değiş tokuş edilebildiğinden) eşlenik özellikler olarak farklı bazlarda kullanır.
Hayır Klonlama Teoremi dolaylı bilinmeyen bir kuantum durumunun özdeş kopyalarını oluşturmak için imkansız olduğunu HUP, eyaletleri takip eder. Bu teoremden dolayı, anahtar iletimi sırasında birisinin Kuantum kanalını kesip kesmediğini öğrenmek mümkündür.
2. Kuantum Dolanıklığı: Mesafeden bağımsız olarak, iki kuantum parçacığı, bir parçacıkta belirli bir özellik ölçüldüğünde, özelliğin zıt durumu anında diğer parçacıkta görünecek şekilde dolaşabilir. Quantum Teleportation , klasik bilgi kanalı aracılığıyla iletişim için dolaşıklığı kullanır. Dolanık durumlar, Eckert protokolünün temeli olarak kullanılır . (Bu konuyu daha sonra kısaca tartışacağız.)
Charles Bennett ve Gilles Brassard 1984'te HUP'a dayalı bir protokol yayınladı ve yazarların adları ve yayın yılından sonra basitçe BB84 olarak bilinir. En belirgin Quantum protokollerinden biridir ve HUP'a dayalı diğer tüm protokoller BB84'ün varyantları olarak kabul edilir.
Özetle, BB84 protokolünde Alice, gizli anahtarın fotonların polarizasyonunda kodlandığı bir dizi foton göndererek Bob'a rastgele bir gizli anahtar iletebilir. Klonlama yok teoremi, Havva'nın bu fotonları ölçemeyeceğini ve fotonun durumunu bozmadan Bob'a iletemeyeceğinin garantisini verir, bu da sonunda üçüncü şahıs varlığını ortaya çıkaracaktır. (Kuantum Kanalında hata olmadığı düşünülürse.)
Kübit olarak fotonlar: Bahsettiğim konuyla biraz alakasız görünebilir ancak BB84 protokolündeki bitlerin kodlanmasını anlamaya yardımcı olacaktır. Fotonlar fiber optik aracılığıyla iletilebilir ve kuantum özelliklerine sahiptirler. Bu protokolü fiziksel olarak uygulamak için fiber optik en uygun ortamdır. Bu protokolü uygulamak için fotonları kullanmamızın nedeni budur. Fotonların kübit olarak nasıl hareket ettiğini ve onları nasıl çalıştırdığımızı biraz tartışalım.
Fotonlar, polarizasyon durumuna göre kübitlerdir. Şimdi polarizasyon nedir? Bunu bilmeden önce ışık dalgasının ne olduğunu bilmeliyiz. Işık dalgası, elektrik alanın kapladığı düzlemin, manyetik alanın kapladığı düzleme dik olduğu bir elektromanyetik dalgadır. Ve dalganın yayılma yönü bu iki düzleme diktir. Şimdi bir ışık dalgası polarize olduğunda tek bir düzlemde salınır. Bunu yapmak için farklı tipte polarizörler kullanabiliriz. Ayrıca yarım dalga levhası, çeyrek dalga levhası vb. gibi çeşitli dalga levhalarını kullanarak farklı tipte kutupsal durumlar oluşturabiliriz.
Polarizasyonlar temel olarak iki tiptir: lineer polarizasyon ve eliptik polarizasyon . Burada eliptik polarizasyon hakkında bilgi sahibi olmamıza gerek yok. Ama lineer polarizasyon birazdan önemli olacak. Doğrusal polarizasyonun iki durumu vardır: doğrusal ve çapraz . Doğrusal polarizasyon iki tiptir: yatay ve dikey. Diyagonal polarizasyon da iki tiptir: diyagonal ve anti-diyagonal.
Şimdi bakın burada iki seviyeli bir sistemimiz var. Birini |0⟩ ve diğerini |1⟩ olarak kolayca kullanabilir. Yatay ve dikey doğrusal polarizasyonun iki durumu |H⟩ ve |V⟩ ile temsil edilir ve diyagonal polarizasyonun iki durumu, diyagonal ve anti-diyagonal |D⟩ ve |A⟩ olarak temsil edilir. Şimdi, |H⟩ ve |V⟩'yi |0⟩ ve |1⟩ olarak standart bir z yönünde (olası Z-temeli değerleri) ve |D⟩ ve |A⟩'yı |+⟩ ve |-⟩ olarak düşünebiliriz. 45° ila z yönü (olası X-temeli değerleri).
Protokol: BB84 Protokolü için ikili 0'ı, doğrusal temelde 0° veya diyagonal temelde 45° polarizasyon olarak tanımlarız. Benzer şekilde bir ikili 1, doğrusal olarak 90° ve diyagonal olarak 135° olabilir.
İlk adımda, Alice ve Bob bir Kuantum Kanalı üzerinden iletişim kurarlar. Alice rastgele bir bit dizisi ve eşit uzunluktaki tabanlar (yani doğrusal veya çapraz) seçecektir. Alice şimdi fiber optik aracılığıyla Bob'a tarif edildiği gibi karşılık gelen polarizasyona sahip her bit için bir foton iletir. Şimdi, Bob her foton için fotonun polarizasyonunu ölçmek için rastgele bir temel seçer. Belirli bir foton için, Bob Alice ile aynı temeli seçerse, aynı polarizasyonu ölçtüğü için Alice'in paylaşmak istediği biti doğru bir şekilde bulacaktır.
İkinci adımda, Alice ve Bob bir Klasik Kanal üzerinden haberleşirler. Bob, Alice'e her fotonu ölçmek için kullandığı temeli söyler. Bundan sonra Alice, Bob'a kodlanmış bitleri ölçmek için doğru şekilde kullandığı temelleri bildirir. Bu noktada Alice ve Bob, kodlanmış ve farklı bazda ölçülen bitleri çıkarırlar. Şimdi, Alice ve Bob'un aynı bit dizisi var, kaydırılmış anahtar .
Eve'in varlığını kontrol etmek için Alice ve Bob, kaydırılan anahtardan birkaç bit paylaşabilir. Karşılaştırılan bitlerdeki herhangi bir anlaşmazlık Havva'nın varlığını ortaya çıkaracaktır.
Havva'nın Kuantum Kanalına müdahale etmeye çalıştığı bir örneğe bakabiliriz.
Havva'nın varlığı nedeniyle, ortak olarak altı baz olmasına rağmen, Alice'in ve Bob'un bitlerinden sadece biri eşleşti. Bu da sonunda Quantum Channel'da bir dinleyicinin varlığını ortaya çıkaracak. Bu durumda Alice ve Bob'un başka bir Kuantum Kanalı geliştirmesi ve aynı prosedürleri tekrar etmesi gerekecektir.
Eve kaçış olasılığı: Eve, Alice'in bunu Klasik Kanal'da ifşa etmeden önce biti kodlamak için kullandığı temeli bilmesinin hiçbir yolu yoktur. Yani Havva fotonu ölçmek için temeli tahmin etmek zorunda kalacak. Yanlış bazda ölçüm yaparsa, diğer bazlarda kodlanan bilgiler HUP için kaybolacaktır. Yine Klonlama Yok Teoremi'ne göre Havva, bilinmeyen bir durumun belirli bir kopyasını alamaz. Eve n bit kulak misafiri olursa, fark edilmeme olasılığı (3/4)^n'dir. Yani bizim durumumuzda, 10 bit ile Eve kaçış olasılığı 0.0563'tür. Hangi gerçekten çok küçük.
[BB84 Protokol Varyantları]
SSP99 Protokolü: SSP99 (Altı Durumlu Protokol) 1999'da Pasquinucci ve Gisin olarak önerildi. İki ortogonal baz yerine altı ortogonal baz kullanarak bitleri kodladı. Bu da daha az Eve kaçış olasılığı ile sonuçlanır.
SARG04 Protokolü: Bu protokol 2004 yılında Scarani, Acin, Ribordy ve Gisin tarafından önerilmiştir. Bu protokolün ilk aşaması (Kuantum Aşaması) BB84 Protokolüne benzer ancak ikinci aşamada (Klasik Aşama) Alice, Bob'a temeli değil kodu kodlamak için kullandı. Bob doğru temeli kullanırsa, iki durumdan herhangi birini ölçecektir, aksi takdirde bu durumlardan hiçbirini ölçmeyecektir.
Eckert91 Protokolü:Eckert, bu protokolde dolaşık fotonlar üreten tek bir foton kaynağı kullandı. Her dolanık çiftten gelen fotonlardan biri Alice'e, diğeri ise Bob'a gider. Alice ve Bob, fotonları ölçmek için rastgele bazlar seçerler. Aynı temeli seçtikleri her ölçüm için, Kuantum Dolaşıklık ilkesine göre tam tersi sonuçlar alacaklardır. Sonunda, farklı temeller kullanarak ölçtükleri fotonları çıkardıktan sonra, her biri birbirinin bit-string ikili tamamlayıcısına sahip olacaktır. Herhangi biri, kaydırılan anahtarı almak için anahtarı tersine çevirebilir. Eve'in varlığı, Alice ve Bob'un ölçüm temeli farklı olan bir fotonu inceleyerek bulunabilir. Bu fotonları üçüncü bir temelde ölçebilirler ve sonuç olarak Bell'in Eşitsizliği testini kontrol edebilirler. Eşitsizlik devam ederse,birisi Quantum Channel'ı gizlice dinlemiş olabilir.
B92 Protokolü: Charles Bennett 1992'de fotonlardaki bitleri kodlamak için yalnızca durumların gerekli olduğu BB84 protokolünün basitleştirilmiş bir versiyonu. İkili 0, doğrusal olarak 0° olarak kodlanır ve ikili 1, diyagonal olarak 45° olarak kodlanır. Burada bitlerin kendileri, Alice'in onları kodlamak için seçmesi gereken temelleri belirler. Bob polarize fotonları ölçmek için hala rastgele bazlar seçer. Yanlış temel seçerse bu sefer herhangi bir ölçüm alamaz.
QKD, Havva'nın Kuantum Mekaniği ilkelerini ihlal etme konusundaki yetersizliğinden ziyade zor matematiksel problemleri hesaplayamaması hakkında hiçbir varsayımda bulunulmadığı anlamında koşulsuz olarak güvence altına alınmıştır. Bununla birlikte, bu güvenlikle bile, QKD, Eve'in Bob veya Alice gibi davrandığı ortadaki adam saldırısına karşı savunmasızdır. Bu tür saldırılar, önce Alice ve Bob birbirlerinin kimliğini doğrulamadan önlenemez. Ayrıca, QKD, kusurlu ekipmanla kullanıldığında ve gürültü varlığında (bit çevirme veya ölçüm hatalarına yol açar) tam olarak güvenli değildir. Hatalı bir Kuantum Kanalında Bilgi Uzlaşma ve Gizlilik Amplifikasyonu , güvenli bir anahtar geliştirmek ve algılamak için kullanılabilir. Havva'nın varlığı.
Bilgi mutabakatı, her iki kaydırılan anahtarın da aynı olmasını sağlamak için, Alice ve Bob'un anahtarları arasında Klasik Kanalda gerçekleştirilen bir hata düzeltme biçimidir. Havva'nın her bir anahtar hakkında gönderilen fazla bilgiyi alamayacağı şekilde yapılır. Bilgi mutabakatı için kullanılan en yaygın protokol, kademeli protokoldür. Bu protokol birkaç turda çalışır, hem Alice'in hem de Bob'un anahtarlarını her turda bloklara böler ve bu blokların paritesini ( bir tamsayının çift mi yoksa tek mi olduğunu) karşılaştırır. Paritede bir fark bulunursa, ikili arama (Sıralanmış bir dizi içinde bir hedef değerin konumunu bulan bir arama algoritması) hatayı bulmak ve düzeltmek için gerçekleştirilir. Bir önceki raundun paritesinin doğru olmasına rağmen bir hata olması durumunda, bir sonraki raund kontrol edilirken hata bulunabilir ve eskisi gibi düzeltilebilir. Ve tüm süreç özyinelemeli olarak tekrarlanır. İlk tur tamamlandıktan sonra, Alice ve Bob anahtarlarını rastgele yeniden sıralar ve yeni bir tura başlarlar. Birden fazla turun bitiminden sonra, Alice ve Bob yüksek olasılıkla aynı anahtara sahip olabilir.
Bilgi mutabakatını, Alice ve Bob'un anahtarı hakkında Eve'in kuantum veya klasik kanaldan toplamış olabileceği kısmi bilgilerin azaltıldığı mahremiyet amplifikasyonu takip eder. Mahremiyet güçlendirme Alice ve Bob'un anahtarını kullanarak yeni, daha kısa bir anahtar üretir, öyle ki Havva'nın yeni anahtar hakkında sadece önemsiz bilgiye sahip olur. Bu, eski anahtarı girdi olarak alan ve kısa uzunlukta yeni bir anahtar çıkaran, genel olarak bilinen bir işlevler kümesi kullanılarak yapılır. Yeni anahtarın kısaltılması, Eve'in eski anahtar hakkında ne kadar bilgi edindiğine bağlıdır.
Teorik olarak QKD Protokolleri, mümkün olan en güvenli anahtar paylaşım protokolünü sağlar. Ancak pratikte çoğunlukla donanım sınırlamalarımız nedeniyle protokolleri mükemmel bir şekilde uygulayamıyoruz. Örneğin, gerçek sistemde, tek fotonları mükemmel bir şekilde üretemediğimiz ve tespit edemediğimiz için, genellikle az miktarda tutarlı ışık üreten bir lazer kullanırız. Ve bu, Eve'in ölçüm için her bit iletiminden az sayıda fotonu ayırdığı ve geri kalanının Bob'a geçmesine izin verdiği bir PNS (Foton Sayısı Bölme) saldırısı şansı yaratır. Bu, Eve'in Bob'un foton ölçümünü bozmadan fotonları ölçmesini sağlar. Bunu önlemek için Decoy State Tekniği kullanıyoruz.Burada Alice, rastgele seçilen yoğunluğu kullanarak kübitleri iletir. İletimin sonunda Alice, her bir kübitin iletimi için hangi yoğunluk seviyesinin kullanıldığını herkese duyurur. Bir PNS saldırısı, alıcının ucundaki kübitlerin yoğunluğunu azaltacaktır (yani Bob). Bob, her bir yoğunluk seviyesiyle ilişkili Bit Hata Oranını (BER) izleyerek PNS saldırısını tespit edebilecektir.
Yani, bu kısaca QKD ile ilgiliydi. Gelişmiş protokoller geliştirmek ve eskisinin güvenliğini artırmak için araştırmalar halen devam etmektedir. Ancak şimdiye kadar geliştirilen tüm QKD protokolleri BB84 protokolünün varyantlarıdır. Kuantum Hesaplama ile ilgili gelecek eğlenceli makaleler için bizi izlemeye devam edin.
Saygın kriptograf Moxie Marlinspike, Ethereum ve modern 'kripto' ekosistemi hakkında bazı düşünceler yazdı. Başlangıçta Bitcoin'e dahil olmama rağmen, Ethereum veya Web3'e hiç dahil olmadım, şu anda herhangi bir kripto para birimim yok ve söylediklerinin çoğuna genel olarak katılıyorum.
Merhaba! Adım 1 (Başarısız) Aşağıdaki gibi bir ekrana sahip bir site verildi. Önceki CTF Challenge'ın aksine, site ekranı bu sefer bir giriş formu ve ipucu gibi görünen küçük bir bilgi içeren bir web açılış sayfası gösteriyor.
Dün, IRS yeni Gelir İstatistikleri göç verilerini yayınladı. İlgileniyorsanız bu verileri özetledim.
Dışarıdaki kahve tutkunları için bu yazının başlığı küfür 🙀. Kahve yoğunluğu yüksek, suyu az olan bir fincan buharlı sıcak espressoya insan nasıl buz ekleyebilir ⁉️ Ben de o saflardan biriydim.
Sophia, birkaç hafta önce JRF ve büyüyen bir grup ortakla yapacağım çalışma hakkında paylaştı. JRF gibi bir vakfın bu alana ve özellikle de bu zamanda yatırım yapmasına gerçekten çok sevindim.
Biliyorum bugün Cuma değil, ama hayat oluyor. Her neyse, başka bir WEIRDO İncelemesine tekrar hoş geldiniz.
Kristen Stewart bir keresinde 'Pamuk Prenses' rol arkadaşı Chris Hemsworth'a sert bir yumruk attı ve bu, oyuncunun geleceğini görmediği bir saldırıydı.
GQ Magazine ile yaptığı bir röportajda BTS'den Jin, BTS ve Coldplay'in şarkısı 'My Universe'nin bir bölümünün 'son bölümü yapmadığını' açıkladı.
Bir röportaj sırasında Kane Brown, Elvis Presley'in "Hound Dog" ve "Blue Christmas" şarkılarının defalarca şarkılarını nasıl etkilediğini tartıştı.
'Çığlık', bazı yeni yönler veren kanlı bir dönüş sağlar, ancak Ghostface'in en yeni öldürme çılgınlığı olması gerektiği kadar derin kesmez.
Her hafta güncellenen mini bulmacamız, en sevdiğimiz HowStuffWorks okumalarımızı zeki ipuçlarıyla birleştiriyor!
Doğru deterjanı seçme konusunda endişelenmenize gerek kalmadan çamaşır yıkamak yeterince kötü. Peki en iyisi hangisi? Yoksa önemli mi?
Kentucky kırsalındaki Fugates ve Combs aileleri, genetik piyangoyu kaybettiler ve her ikisi de, evlenirken tenlerinin mavi görünmesine neden olan nadir bir çekinik özelliği paylaştılar. Bunun nedeni neydi? Ve ailelere ne oldu?
İki babasız erkek civciv, California akbabasını yok olmaktan kurtarmak için bir programda yetiştiriliyor. Böyle 'bakire' doğumlar nasıl mümkün olabilir?
Prens William'a Kate Middleton ile yaptığı yardım gezisinde amcası Prens Andrew hakkında sorular soruldu.
Prenses Diana, Dr. Hasnat Khan ile çıkarken fotoğrafçı Enver Hüseyin'e dinler arası bir evlilik hakkında sorular sordu.
Dolly Parton, 76. doğum gününü 19 Ocak'ta gerçek Dolly tarzında giyindiği bir fotoğrafı sosyal medyada paylaşarak kutladı - yine özel gününde Miley Cyrus ve Jimmy Fallon gibi ünlü süper hayranlardan övgü aldı.
2020'de ilk çocuklarını karşılayan Jenna Dewan ve Steve Kazee, ABC'nin The Rookie dizisinde yer alıyor.