Peruskäsitteet
Kvanttisalaus perinteisillä salasanajärjestelmillä perustuu fysiikan keskeisiin näkökohtiin matematiikan sijaan turvatilana. Pohjimmiltaan kvanttisalausjärjestelmä on rikkoutumattomia kryptografisia sovelluksia ja niiden luontaisia yhden fotonin kvanttiominaisuuksia, jotka perustuvat kehitykseen, koska ne eivät pysty mittaamaan järjestelmän kvanttitilaa ilman järjestelmän häiriöitä. Teoriassa voidaan käyttää myös muita hiukkasia, vain fotoneja, joilla on kaikki vaadittu laatu, joiden käyttäytyminen on suhteellisen hyvin ymmärretty, mutta se on myös lupaavin laajakaistainen viestintäväline tiedonsiirtoväline valokuitukaapeli.
Toimii
teoreettinen malli
Teoriassa kvanttisalaus toimii (tämä näkemys on Bennettin ja Brassardin vuonna 1984 perinteisestä mallista seuraavissa kehitystavoissa , on muitakin tilat):
Oletetaan, että kaksi ihmistä, jotka haluavat vaihtaa tietoja turvallisesti, nimeltä Alice ja Bob. Liisa Bobille lähettämällä alustustiedot avaimelle, tämä avain voi olla salausdatatilan tiedot. Se on satunnainen bittisarja, jonkin tyyppinen lähetystila, kaksi erilaista alkuarvoa, jotka edustavat tiettyä binaaribittiä (0 tai 1).
unohdamme, että tämä avain välittyy yhteensuuntaiseen fotonivirtaan, jokainen yksittäinen fotonihiukkanen edustaa databittiä (0 tai 1). Suoran juoksun lisäksi kaikki fotonit myös värähtelevät jollain tavalla. Nämä värähtelyt mitä tahansa akselia pitkin 360 asteen avaruudessa, yksinkertaisuuden vuoksi (ainakin yksinkertaistettu ongelma kvanttisalauksessa) laitamme nämä värähtelykohtaiset tilat neljään ryhmään, eli ylempi, alempi, vasen, oikea, ylempi vasen, alempi oikea ja ylempi oikea, alhaalla vasen, värähtelykulma napoissa pitkin fotonia. Suodatin, joka sallii atomivärähtelyn tietyssä tilassa, jossa ei ole muutosta, jotta muut atomit muuttuvat iskun tilassa (se voi myös täysin tukkeutua fotoneilla, mutta tässä jätämme tämän ominaisuuden huomiotta). Alicella on polarisaattori, joka sallii fotonit neljässä tilassa, itse asiassa hän voi valita suodatuksen (ylempi, alempi, vasen, oikea) tai diagonaalisen (vasen ylä, oikea ala, oikea yläoikea, vasen alaosa) suoraa linjaa pitkin.
Alice vaihtaessaan suoran ja diagonaalisen värähtelytilan välillä suodattaakseen satunnaisen yhden fotonin lähetyksen. Kun näin on, se tarkoittaa yhtä bittiä, 1 tai 0 jommassakummassa kahdesta värähtelytilasta.
Kun vastaanotetaan fotoneja, Bob on oltava suora tai polarisaattorin diagonaali mitatakseen jokaisen fotonibitin. Hän voi valita oikean polarisaatiokulman, se voi olla väärä. Koska Alice on hyvin mielivaltainen polarisaattorin valinta, fotoni reagoi, kun valitset väärän polarisaattorin?
teoreettinen
Heisenbergin epävarmuusperiaate sanoo, että emme voi määrittää jokaisen yksittäisen fotonin tapahtumista, koska mittaamme sen käyttäytymistä muutti sen ominaisuuksia (jos haluamme mitata järjestelmän kahta ominaisuutta, mittaamme oikeudet samalla kun suljetaan pois toinen kvantisoitu). Voimme kuitenkin arvioida, mitä tässä ryhmässä tapahtui. Kun Bob mittaa ylhäältä vasenta / oikeaa yläkulmaa ja oikeaa alakulmaa / vasenta alaosaa (diagonaali) lineaarisilla sivuvalofotoneilla, fotonitila muuttaa nämä kulkiessaan polarisaattorin läpi, puoliksi pystysuuntaiseen värähtelytilaan, toiseen puolikkaaseen. . Mutta emme voi määrittää yhtä fotonia, joka muuttuu tilaan (tietenkin todellisissa sovelluksissa jotkut fotonit ovat estetty, mutta vähän tekemistä tämän teorian kanssa).
voi myös olla mahdollista korjata virheet, kun Bob mittaa fotoneja, näkyvissä, Alice ja Bob ovat luoneet epävarman viestintäkanavan, muut, jotka saattavat kuunnella. Sitten Alice kertoo Bobille, mitkä fotonibitit ovat polarisaattorin välittämiä, ei kuinka hän polarisoi fotonit. Hän saattaisi sanoa fotoninumeron 8597 (teoreettisesti) lineaarista lähetystä käyttäen, mutta hän ei sanoisi, pitäisikö kuluttaa alas vai vasemmalle ja oikealle. Bob Tämän tarkoituksena on määrittää, käyttikö hän oikeaa polarisaattoria, joka hyväksyi jokaisen fotonin. Sitten Alice ja Bob hylkäsivät kaikki fotonit käyttivät vääriä polarisaattorimittauksia. Heillä on, alkuperäinen lähetyssekvenssi on puolet 0:n ja 1:n pituudesta. Mutta tämä muodostaa perustan kertaluontoiselle pad (OTP) teorialle, että kun ne on oikein toteutettu, sitä pidetään täysin satunnaisena ja turvallisena salasanajärjestelmänä .
teoreettiset oletukset
Oletetaan, että siellä on kuuntelija, Eve, joka yrittää salakuunnella tietoja, hänellä on polarisaattori Bobin kanssa, sinun on valittava suora tai diagonaalinen fotonisuodatus. Hän kohtaa kuitenkin samat ongelmat kuin Bob, puolet siitä mahdollisuudesta, että hän valitsisi väärän polarisaattorin. Bobin etu on, että hän voi vahvistaa Aliceen käyttämän polarisaattorin tyypin. Ja Eve ei voi mitenkään, puolet mahdollisuudesta, että hän valitsi väärän ilmaisimen, tulkitse fotonitiedot väärin muodostaakseen lopullisen avaimen, mikä tekee siitä hyödyttömän.
Lisäksi kvanttisalauksessa on toinen luontainen turvallisuustaso, tunkeutumisen havaitseminen. Alice ja Bob tietäisivät, kuunteleeko Eve heitä. Eve siitä, että fotoniviiva on erittäin helppo löytää seuraavista syistä:
Oletetaan, että Alice siirtää numeron fotonien 349 yläoikealle/vasemmalle alapuolelle Bobille, mutta tällä kertaa lineaarisella Eve-polarisaattorilla vain pysty- tai vaakatyyppisten fotonien tarkka määritys. Jos Bobilla on lineaarinen polarisaattori, sillä ei ole väliä, koska hän hylkää fotonit viimeisestä avainarvosta. Mutta jos Bob diagonaalipolarisaattorilla, ongelma ilmenee, hän voi olla oikea mittaus Heisenbergin epävarmuusteorian mukaan. se voi tehdä virheellisiä mittauksia. Eve väärällä polarisaattorilla muuttaa fotonin tilaa, Bob jopa oikealla polarisaattorilla voi tehdä virheitä.
Kun olet löytänyt Eevan huonon käytöksen, heidän on ryhdyttävä edellä mainittuihin toimiin, hankittava yksilöllinen avainsarja, joka koostuu 0:sta ja 1:stä, ellei sitä ole varastettu, aiheuttaa ristiriitaa. Sitten he ryhtyvät lisätoimiin avainten voimassaolon tarkistamiseksi. Jos viimeinen avain epävarmassa kanavassa vertaa binäärinumeroita, se on erittäin typerää, ei ole välttämätöntä.
Oletetaan, että viimeinen avaimen arvo 4000 sisältää binäärinumeroita, Alice ja Bo.b tarvitsevat valita näiden lukujen joukosta satunnaisen osajoukon, 200 bar, kahden tilan mukaan (Digitaalinen 2,34,65,911 sarjanumero, jne.), ja digitaalinen tila (0 tai 1), verrataan, ja jos kaikki ottelut, että Eve ei voi kuunnella. Jos hän kuuntelee, niin todennäköisyys ei löydy biljoonaosaa, se on mahdotonta olla löytämättä. Alice ja Bob löytävät jonkun kuuntelemaan enää käytä tätä avainta, he aloittavat uudelleen avainten vaihdon suojatulla kanavalla ei tavoiteta Eeva, tietenkin, edellä mainitut toimet voidaan suorittaa suhteellisen epävarma kanava. Jos Alice ja Bob päättelevät, että heidän avainarvonsa ovat turvallisia, koska ne testattiin 200:lla, 200:lla, jotka hylätään viimeisestä avainarvosta, 4000 muuttuu 3800:ksi.
Siten kvanttisalausavaimen vaihtoyhteys on suhteellisen helppoa ja kätevää yleisessä avaimen kryptografiassa.
käytännön merkitys
Käytännössä kvanttisalausta on demonstroitu IBM:n laboratorioissa, mutta se soveltuu vain suhteellisen lyhyille etäisyyksille. Onnistunut valokuitukaapelin fotonien siirto pidemmälle, erittäin puhtaalla optisella ominaisetäisyydellä 60 km. Vain BER:t (error rate), joissa Heisenbergin epävarmuusperiaatteen epäpuhtaudet ja mikrokuitu ovat tiiviisti yhteydessä toisiinsa, jotta järjestelmä ei toimi vakaasti. Vaikka tutkimukset ovat onnistuneet välittämään ilmassa, lähetysetäisyys on erittäin lyhyt jopa ihanteellisissa sääolosuhteissa. Kvanttisalaussovellusten on kehitettävä edelleen uusia teknologioita lähetysetäisyyden lisäämiseksi.
Sovellusesimerkkejä
1, Yhdysvaltojen, Valkoisen talon ja Washingtonin Pentagonin välillä on omat linjat käytännön sovelluksiin, se on myös kiinnitetty lähelle tärkeimpiä sotilaskohteita, puolustusjärjestelmiä ja tutkimuslaboratoriota. Vuodesta 2003 alkaen Genevessä toimiva Quantique-yritys ja New Yorkissa sijaitseva MagiQ Technologies, Inc. ottivat käyttöön kvanttiavaimen lähetysetäisyyden yli 30 cm:n Bennett-kokeilussa kaupallisissa tuotteissa. NEC jälkeen demo ennätys lähetysetäisyys 150 km, käynnistää ensimmäiset tuotteet markkinoille vuonna 2010. IBM, Fujitsu ja Toshiba ja muut yritykset ovat myös aktiivisesti mukana tutkimuksessa ja kehityksessä. Tärkeimmät tuotteet markkinoille valokuitusiirron kautta kymmeniä kilometrejä.
2, maassa, Asky quantum Tech CO, LTD (Q-day quantum) Wuhun kvanttihallinnon verkoston rakentaminen, jotta maamme on edistynyt suuresti tällä alalla.
tulevaisuus
lisäksi alkuperäisen käytön fotonien polarisaatio ominaisuudet koodattu, mutta myös syntymistä uusi koodausmenetelmä - vaihe koodaus fotonit. Polarisaatiokoodaukseen verrattuna vaihekoodauksen edut eivät ole niin ankaria polarisaatiovaatimuksia.
Tämä tekniikka voi tehdä toiminnan, yleensä täytyy käydä läpi tämä menettely: lähettää kvanttitietoa maassa - kvanttisignaalit välitetään ilmakehän kautta - vastaanottaa satelliittisignaaleja ja lähetetään kävelemään ympäri maailmaa hyväksymään kohde . Yksi tämän tekniikan haasteista on se, että ilmamolekyylit kestävät katapultin kvanttiatmosfääriä joka puolelle, ja niitä on vaikea saada imemään määrätty satelliitti.
Lisäksi tämän tekniikan on kohdattava "salaus matalissa lämpötiloissa, eikä se voi taata salausnopeutta". Luottamuksellisuus ja varkaus keihäänä ja kilpenä, kuten käsi kädessä niiden välisen taistelun kanssa, joka on jatkunut tuhansia vuosia, ilmestyi, kvanttisalaus, teoriassa, lopettaa riidan, halusi sen olevan todellinen Terminator.
laajennettu luku
kvanttisalaus
suuren tietomäärän vakaaseen ja nopeaan siirtoon optisen kuidun kautta. Mutta itse asiassa meillä voi olla toinenkin vaihtoehto, säde välitetään suoraan dataan käyttämättä optista kuitua. Kuitenkin luottamukselliset tiedot ovat erittäin tärkeitä, miten voidaan turvallisesti siirtää tietoja, on tullut tiedettä, joka tunnetaan nimellä "kvanttisalaus (Quantum Cryptography)."
kvanttisalauksen teoria on kvanttimekaniikkaa, teoria eroaa perinteisestä matemaattisesta salakirjoituksesta. Jos kvanttisalaus lähettää dataa, näitä tietoja ei haeta tai lisätä mihinkään muuhun haitallisen tiedon osaan, tietovirta voi olla turvallisesti koodattua ja dekoodausta. Koodaus- ja dekoodaustyökalu on satunnainen sekvenssi (bittijonoja), voit myös kutsua häntä avaimeksi (Key). Tällä hetkellä kvantti kryptografisen tutkimuksen ydin on kvanttiteknologian turvallisen ja luotettavan jakelukanavan käyttäminen kvanttiavaimessa.
eroaa tavanomaisesta kryptografiasta käyttämällä fysiikan periaatteita kvanttisalauksen suojaustiedoissa. "Kvanttikanavan kautta välitettävä kvanttitiedonsiirtomenetelmä, jaetun avaimen perustaminen laillisen käyttäjän välille", yleensä tunnetaan kvanttiavaimen jakeluna (QKD), sen turvallisuus "Heisenbergin epävarmuusperiaatteen "ja" yhden kvantin mukaan. ei voida kopioida Lause "takuu.
Heisenbergin epävarmuusperiaate
ovat kvanttimekaniikan perusperiaatteet, selittää samalla, että tarkkailija ei voi mitata tarkasti analyytin "paikkaa" ja "vauhtia". "Yksittäistä kvanttilausetta ei voi kopioida" Heisenbergin epävarmuusperiaate on seuraus, se viittaa yksittäisen kvantin kopioimiseen, jos en tiedä kvanttitila ei ole mahdollista, koska haluat kopioida vain yhden kvantin, tekisi ensin mittaukset , ja mittaus muuttaa välttämättä kvanttitilaa.
kvanttiavain
Kvanttisalausavaimen tekemisen kannalta tätä avainta ei voi kopioida, ja siksi se on täysin turvallinen. Jos valitettavasti hakkerit kiinni, koska mittausprosessi muuttaa kvanttitilan, hakkerit Tietojen varkaus olisi merkityksetöntä. Joukkue
Saksasta ja Yhdistyneestä kuningaskunnasta Nature-lehden uusimmassa numerossa, sanoivat tutkijat avaimella (Key), etäisyydellä 23,4 kilometriä kahdessa paikassa, aallonpituudella 850 nm laser, lähettävät salattuja tietoja toisilleen vuonna ilma. Koska ei ole kahta optista kuitua, tiedonsiirto suoritetaan yleisessä ilmassa, ja siksi häiriöiden vähentämiseksi ympäristössä, laihassa ilmassa tutkijat valitsevat (korkeus 2244 ~ 2950 m) ja illalla (valosaasteen välttämiseksi). Tällainen etäisyys (23,4 km) on rikkonut amerikkalaisten tutkijoiden määrittämän 10 kilometrin maailmanennätyksen.
Tutkijat ovat nyt kvanttiavain voidaan lähettää optisen kuidun. Kuitenkin aikojen edetessä, yhä useammin ihmisten tiedonvaihtoa, tutkijat toivovat voivansa perustaa kvanttiavaimen lähetyksen 1600 kilometrin päässä tulevaisuudessa, jos näin kypsä tapa tiedonsiirto, voit olla pinnalla, nopea ja turvallinen tiedon siirto. Tätä tekniikkaa voidaan käyttää myös viestintävälineenä matalan kiertoradan pinnalla olevien satelliittien kanssa, mikä muodostaa maailmanlaajuisen tiedon luottamuksellisen siirtojärjestelmän.