Kvantkryptograafia

Kvantkryptograafia (kvantkryptograafia) on krüptograafia haru, mis rakendab kvantmehaanika põhimõtteid turvalise kommunikatsiooni loomisel. Selle peamine eesmärk on turvaline võtmete jaotamine kahe poole vahel, mida saab kasutada sümboolse krüptograafia, näiteks kahesuunalise salastamise võtmeks. Kvantkryptograafia on loodud nii, et eeldatav vastane ei või varastada võtit ilmutamata ning võti jääb katsete korral optimeeritult muutuma.

Põhimõtted ja protokollid. Kvantse võtmejaotuse jaoks kasutatavad on kvant-olekud ja nende mõõtmine: no-cloning teoreem ja mõõtmise häiriv mõju annavad aluse turvalisusele. Kõige tuntumad protokollid on BB84, mis kasutab fotonide külg- või tüüpi olekuid võtmesõnumi loomiseks, ning E91, mis põhineb kvantentanglmentidel. Praktikas juhitakse võtit läbi kvantkanali ja klassikalise kanali; suur roll on vigade parandusel ja privaatsusvähendamisel (privacy amplification), et kompenseerida ebatäpsused ja aveerimus.

Praktiline külg. Reaalses maailmas tuleb arvestada seadmete ebakõla, kanali kaotuste ja detektorite kõrvalkõlapidusega. Levinud on decoy-state meetodid küünilise ründe (photon-number splitting) vastu. Turvalisus põhineb kvantmehaanika kehtivusel ja teoreetilisel turvalisusel, kuid praktikas on oluline kontrollida kõrvalkanaleid ja kasutada mõnel juhul mehhanisme nagu seadmel-entrust (device-independent) või mõõtus-seadme sõltuuv QKD (MDI-QKD).

Rakendused ja piirangud. Kvantkryptograafia peamine rakendus on turvaline võtmete jaotamine kriitilise taristu side jaoks. See ei asenda kõigi krüptosüsteemide ülekandeid, vaid pakub tugevat teed võtmete usaldusväärseks jagamiseks ning sobib koos traditsiooniliste krüptosüsteemidega. Globaalselt uuritakse ja arendatakse lennule, maa- ja vesinõrre ning satelliitide ühendusi ning standardiseerimis- ja tööstuslikke rakendusi.