Квантовая криптография

Введение

Впервые идея защиты информации с помощью квантовых объектов была предложена Стефаном Вейснером в 1970 году.
В 1984 году Чарльз Беннет и Жиль Брассард на основе теории Вейснера создали алгоритм BB84
1989 г – первое устройство квантовой криптографии
1991 г – алгоритм Беннета, протокол E91, предложенный А. Экертом
17.06.2011 – взлом шифра квантового шифрования сингапурскими учеными-физиками
История развития

Алгоритм ВВ84
(1984г) – первый протокол квантового распределения ключа
4 состояния лежат на экваторе сферы Пуанкаре
Назад к истории

Алиса посылает отдельные фотоны Бобу в произвольно выбранном базисе (имеющие любую из 4 видов поляризаций), используя при выборе генератор случайных чисел
I этап
Боб измеряет принимаемые фотоны в одном из двух базисов, также выбираемых произвольно: (+) - прямолинейная поляризация, х - диагональная
Боб записывает результаты измерения и сохраняет в тайне
Боб открыто объявляет, какого типа измерения он проводил, а Алиса сообщает ему, какие измерения были правильными
Алиса и Боб сохраняют все данные, полученные в тех случаях, когда Боб применял правильное измерение. Эти данные затем переводятся в биты (0 и 1), последовательность которых и является результатом первичной квантовой передачи.
Назад к истории

II этап
Если подслушивание имело место, то по величине ошибки можно оценить максимальное количество информации, доступное Еве.
Первичная квантовая передача
Сравнение и отбрасывание подмножеств данных
По открытому каналу связи
Выявлен перехват
Принятие текущей поляризации
Перехвата не выявлено
Согласно принципу неопределённости Гейзенберга, криптоаналитик не может измерить как диагональную, так и прямоугольную поляризацию одного и того же фотона. С вероятностью 1 — 2-k (где k — число сравненных битов) канал не прослушивался.
Если ошибка в канале меньше ≈11 %, то информация, доступная Еве, заведомо не превосходит взаимной информации между Алисой и Бобом, и секретная передача данных возможна.
Назад к истории

Первое устройство квантовой криптографии
Центр переключения ключей
Центр переключения ключей
Центр переключения ключей
Центр переключения ключей
Квантово-оптический канал связи
фотоны
Алиса
Боб
Назад к истории

Назад к истории

Алгоритм Беннета (1991)
В 1991 году Ч. Беннетом был предложен следующий алгоритм для выявления искажений в переданных по квантовому каналу данных:
Назад к истории

Псевдослучайная проверка:
Назад к истории

В протоколе используются фотоны, поляризованные в двух различных направлениях для представления нулей и единиц. Фотоны, поляризованные вдоль направления +45°, несут информацию о единичном бите, фотоны, поляризованные вдоль направления 0° (V) – о нулевом бите.
Для определения поляризации станция Боб анализирует принимаемые фотоны, используя выбранный случайным образом один из двух неортогональных базисов «+» или «х»
Алгоритм B92