Wat is kwantumcryptografie?
Kwantumcryptografie is een vorm van cryptografie die gebaseerd is op de principes van de kwantummechanica om gegevens te beveiligen en afluisteren te detecteren. Zoals alle vormen van cryptografie is kwantumcryptografie potentieel breekbaar, maar het is theoretisch uiterst betrouwbaar, waardoor het geschikt kan zijn voor zeer gevoelige gegevens. Helaas vereist het ook het bezit van een aantal zeer gespecialiseerde apparatuur, die de verspreiding van kwantumcryptografie zou kunnen belemmeren.
Cryptografie omvat de uitwisseling van gecodeerde berichten. De afzender en de ontvanger hebben de mogelijkheid om de berichten te decoderen, waardoor de inhoud wordt bepaald. De sleutel en het bericht worden meestal afzonderlijk verzonden, omdat de ene nutteloos is zonder de andere. In het geval van kwantumcryptografie, oftewel quantum key distribution (QKD) zoals het soms bekend is, zijn kwantummechanica betrokken bij het genereren van de sleutel om deze privé en veilig te maken.
Kwantummechanica is een uiterst complex veld, maar het belangrijkste om erover te weten in verband met cryptografie is dat de waarneming van iets een fundamentele verandering daarin veroorzaakt, wat cruciaal is voor de manier waarop kwantumcryptografie werkt. Het systeem omvat de transmissie van fotonen die door gepolariseerde filters worden verzonden en de ontvangst van de gepolariseerde fotonen aan de andere kant, met het gebruik van een overeenkomstige set filters om het bericht te decoderen. Fotonen zijn een uitstekend hulpmiddel voor cryptografie, omdat ze een waarde van 1 of 0 kunnen krijgen, afhankelijk van hun uitlijning, waardoor binaire gegevens worden gecreëerd.
Afzender A start de gegevensuitwisseling door een reeks willekeurig gepolariseerde fotonen te verzenden die rechtlijnig kunnen worden gepolariseerd, waardoor een verticale of horizontale oriëntatie of diagonaal wordt veroorzaakt, in welk geval het foton op de een of andere manier schuin zou staan. Deze fotonen zouden aankomen bij ontvanger B, die een willekeurig toegewezen reeks rechtlijnige of diagonale filters zou gebruiken om het bericht te ontvangen. Als B hetzelfde filter zou gebruiken dat A deed voor een bepaald foton, zou de uitlijning overeenkomen, maar als hij of zij dat niet deed, zou de uitlijning anders zijn. Vervolgens zouden de twee informatie uitwisselen over de filters die ze gebruikten, fotonen weggooien die niet overeenkwamen en die behouden die een sleutel genereerden.
Wanneer de twee informatie uitwisselen om een gedeelde sleutel te genereren, onthullen ze mogelijk de filters die ze gebruiken, maar onthullen ze niet de uitlijning van de betrokken protonen. Dit betekent dat deze openbare informatie niet kan worden gebruikt om het bericht te decoderen, omdat een afluisteraar een kritisch deel van de sleutel zou missen. Meer kritisch, zou de uitwisseling van informatie ook de aanwezigheid van een afluisteraar onthullen, C. Als C wil afluisteren om de sleutel te verkrijgen, zal hij of zij de protonen moeten onderscheppen en observeren, waardoor ze worden gewijzigd en A en B worden gewaarschuwd voor de aanwezigheid van een afluisteraar. De twee kunnen het proces eenvoudig herhalen om een nieuwe sleutel te genereren.
Zodra een sleutel is gegenereerd, kan een coderingsalgoritme worden gebruikt om een bericht te genereren dat veilig via een openbaar kanaal kan worden verzonden, omdat het is gecodeerd.