Criptografia cuantică – o nouă perspectivă de securitate a informaţiilor

Articol postat de:

quantum-cryptography

În toată lumea companiile ce activează în sfera Tehnologiilor Informaţionale atrag o mare atenţie problemei protejării informaţiilor, inventând, zi de zi, metode cu o durabilitate mai mare. La orizontul Securităţii Informaţiilor a apărut Criptografia cuantică, care generează noi posibilităţi în domeniul respectiv.

Dacă e nevoie să apelăm la retorica întrebare ce a fost la început, computerul sau infracţiunea informaţională (de exemplu: accesul neautorizat al informaţiilor sau furtul de informaţii de o confidenţialitate strategică), constatăm că, conform datelor istorice şi arheologice, cel mai vechi document cifrat, adică invenţia unei metode de criptare a documentelor secrete pentru prevenirea furturilor de informaţii, a fost găsit în Irak şi datează din sec XVI a.Cr. (acum 3600 de ani). Este vorba despre o tăbliţă de argilă, pe care, un olar a gravat reţeta sa secretă, prin suprimarea consoanelor şi modificarea ortografiei cuvintelor, actualmente, acestei tabliţe i-am spune un “certificat digital al cheii publice”. De asemenea, şi grecii antici, locuitorii Spartei, încă din secolul V a. Cr. (acum 2500 de ani) au inventat metode de prevenire a furtului de informaţii (sau de prevenirea a accesului neautorizat la informaţii suprasecrete), ce ţineau de securitatea şi viaţa unor întregi oraşe-state. Această ştiinţă a evoluat peste trei milenii, transformându-se, în prezent, acum într-o importantă ştiinţă de securitate a informaţiilor – criptografia.

Criptografia, timp de milenii, s-a aflat într-o dezvoltare dinamică, deoarece, de o parte a baricadei se aflau criptologii, specialiştii care se străduiau să inventeze metode de securitate a datelor şi tehnologii avansate ce nu ar permite nimănui să citească scrierile confidenţiale, iar de cealaltă parte criptoanaliştii, specialiştii care se străduiau să spargă aceste cifruri secrete şi să citească mesajele confidenţiale. La sfârşitul mileniului doi, a apărut o nouă ramură a criptografiei – criptografia cuantică.

Criptarea cuantică este o abordare bazată pe fizica cuantică pentru a realiza comunicaţii securizate. Spre deosebire metodele de criptografie tradiţionale, care folosesc diverse metode matematice pentru a împiedica interceptarea şi decodificarea mesajului, criptarea cuantică se bazează pe legile fizicii în ceea ce priveşte transmiterea informaţiei. Interceptarea poate fi văzută ca o măsurare a unui obiect fizic – în acest caz, purtătorul de informaţie. Folosind fenomene cuantice, cum ar fi suprapunerea cuantică sau legătura cuantică, se poate proiecta şi implementa un sistem de comunicaţie care să evite întotdeauna interceptarea. Aceasta este din cauză că măsurătorile asupra unui purtător de natură cuantică îl modifică şi, în acest fel, rămân “urme” ale interceptării.

Istoria criptografiei cuantice

Criptarea cuantică a fost propusă pentru prima oară de Stephen Wiesenr, pe atunci la Universitatea “Columbia” din New York, când, la începutul anilor ’70, a introdus un concept de codare cu conjugată cuantică. Lucrarea sa, intitulată “Conjugate Coding”, a fost respinsă de Comisia de Teoria Informaţiei a IEEE, dar a fost, în cele din urmă, publicată în 1983 în SIGACT News. El arată cum se poate reţine sau transmite două mesaje codate în două “observabile conjugate”, cum ar fi polarizarea liniară sau circulară a luminii, astfel, încât oricare dintre ele, dar nu amândouă, pot fi recepţionate şi decodificate. El şi-a ilustrat ideea cu un proiect de bancnote care nu pot fi falsificate. Un deceniu mai târziu, pe baza acestei lucrări, Charles H. Bennett, de la Centrul de Cercetare “Thomas J. Watson” al IBM, şi Gilles Brassard, de la Universitatea din Montréal, au propus o metodă de comunicaţiesecurizată bazată pe observabilele conjugate ale lui Wiesener. În 1990, în mod independent şi fără să fie la curent cu lucrările precedente, Artur Ekert, pe atunci doctorand la Universitatea din Oxford, a folosit o abordare diferită bazată pe proprietatea de “legătură cuantică”.

Schimbul de chei cuantice

O problemă centrală în criptografie este distribuirea cheilor. O soluţie, aceea a criptografiei cu cheie publică, se bazează pe anumite probleme matematice complexe ca timp de calcul (cum ar fi factorizarea numerelor întregi), în timp ce criptarea cuantică se bazează pe legile mecanicii cuantice. Dispozitivele care folosesc criptarea cuantică utilizează fotoni individuali, şi se bazează fie pe principiul lui Heisenberg sau pe principiul legăturii cuantice. Incertitudine: Actul de a măsura este o parte integrantă a mecanicii cuantice, nu doar un proces extern şi pasiv, ca în cazul fizicii clasice. Este, deci, posibil să se codeze informaţia în anumite proprietăţi ale fotonului, astfel, încât orice efort de a le monitoriza le modifică într-un mod uşor de detectat. Acest efect apare din cauză că, în teoria cuantică, anumite perechi de proprietăţi fizice sunt complementare, în sensul că măsurarea uneia dintre aceste proprietăţi o modifică pe cealaltă. Acest fenomen este cunoscut ca principiul incertitudinii al lui Heisenberg. Cele două proprietăţi complementare, care sunt des folosite în criptarea cuantică, sunt cele două tipuri de polarizare a fotonului, de exemplu, liniară (vertical/orizontal) sau diagonală (la 45 si 135 de grade). Legătura: Este o stare a două sau mai multe particule cuantice (de exemplu, fotoni) în care multe din proprietăţile lor fizice sunt puternic corelate. Particulele legate nu pot fi descrise specificând stările individuale ale particulelor, deoarece acestea pot să conţină informaţie într-un mod care nu poate fi accesat prin experimente făcute asupra vreuneia dintre ele în particular. Acest fenomen se produce indiferent de distanţa dintre particule.

Cele două abordări. Pe baza acestor două proprietăţi neintuitive ale mecanicii cuantice (incertitudinea şi legătura), au fost inventate două tipuri de protocoale de criptare cuantică. Primul foloseşte polarizarea fotonilor pentru a codifica biţii de informaţie şi se bazează pe natura aleatorie a fizicii cuantice pentru a evita interceptarea mesajului. Al doilea foloseşte fotoni legaţi pentru a codifica biţi, şi se bazează pe faptul că informaţia apare doar după măsurători făcute de părţile ce comunică.

Mărirea securităţii

Protocoalele de criptare cuantică au proprietăţi la care nu se poate ajunge prin metodele tradiţionale de criptare. Cei doi agenţi care comunică pot genera şi interschimba chei aleatorii care sunt foarte similare – în condiţii ideale ar trebui sa fie identice, dar, în realitate, va exista o anumită rată a erorii. De asemenea, aceste protocoale permit estimarea nivelului de interceptare a comunicaţiei, şi se poate deduce câte din cheile lor aleatorii sunt cunoscute de o terţa parte. Aceste rezultate sunt interesante, dar nu suficiente pentru a rezolva problema interschimbării cheilor. Interceptarea chiar a unei mici părţi din chei poate avea efecte semnificative: o terţă parte poate sa citească o bucată (poate critică) a mesajului secret. Din cauza faptului că erorile şi zgomotul de fond nu pot fi evitate în totaliltate, nu se poate garanta că nicio cheie nu a fost interceptată – erorile de comunicaţie şi încercările de interceptare nu pot fi deosebite, aşa că se poate presupune că, în cazul cel mai defavorabil, toate erorile se datorează interceptării mesajului. Mărirea securităţii este o versiune criptografică a corecţiei de erori, ceea ce permite ca cei doi agenţi, care vor să comunice, să aibă la început chei similare despre care o terţă parte poate să aibă anumite informaţii, şi, din aceste chei, să producă unele mai scurte, dar despre care un eventual atacator nu cunoaşte (aproape) nimic. Deşi mărirea (clasică) a securităţii poate fi folosită pentru oricare din protocoalele Bennett-Brassard sau Ekert, s-a descoperit că encriptarea bazată pe legătura cuantică permite mărirea securităţii direct la nivel cuantic. Astfel, se măreşte eficienţa, şi apar şi alte avantaje. Printre altele, când tehnologia se va fi dezvoltat complet, va permite criptarea cuantică pe distante oricât de mari, folosind relee intermediare.

Sursa foto: www.livescience.com
Sursa articolului: N. Ploteanu, Securitatea informaţională, Elena VI, Chişinău, 2007


Add Comment Register



Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile necesare sunt marcate *


*

Poți folosi aceste etichete HTML și atribute: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>