Úvod - Kvantová kryptografie teorie a praxe

Úvod
Již v dávných dobách, před tisíci let, můžeme nalézt první snahy o utajení sdělovaných informací. Od těchto nálezů z dob dávných až po dnešní současnost zaznamenala kryptologie jako věda bouřlivý vývoj. Ten provázel snahu o nalezení „neproniknutelných“ způsobů utajení informace na straně jedné a oproti tomu snahu o rozluštění takto utajených informací na straně druhé. Mnohdy na úspěchu jedné či druhé strany závisel vývoj dějin včetně velkého množství životů. Jedná se tedy o lítý souboj, během kterého střídavě na okamžik vítězí jedna, či druhá strana. A to až do doby, než protivník nalezne nové možnosti, či nevyužité cesty ve svém snažení.
Po dlouhá staletí si lidstvo vystačilo, z dnešního pohledu to již lze tak říci, se základními postupy. Ovšem během posledních desetiletí, se vznikem moderní informační společnosti, jsme byli nuceni dosáhnout zásadního vývoje v kryptografické oblasti tak, aby se mohla tato vědní disciplína stát použitelnou v každodenním životě pro běžného člověka. Tomuto rapidnímu vývoji také velmi „pomohly“ světové války, kterými si lidstvo prošlo v první polovině minulého století. V současné době je kryptologie jedna z nejbouřlivěji se vyvíjejících vědních oblastí.
Cílem této práce je seznámení s historickým vývojem tohoto impozantního oboru od prvních počátků, po současnost.
Po tomto historickém přehledu bude následovat bližší přiblížení nových možností, které přináší kvantová teorie, uplatňovaná dnes v kryptografii. Vysvětlíme si principy kvantové teorie se všemi jejími záludnostmi a podíváme se na její přínos k hledání neproniknutelného kryptografického řešení. Seznámíme se se stavem této technologie v zahraničí a s posledními výzkumy za hranicemi i v ČR. Zmíníme uplatnění kvantové kryptografie v komerčním sektoru a zkusíme zhodnotit možnosti budoucího uplatnění této technologie v oblasti kryptografie.
Příloha AZákladní pojmy A.1Kryptologie
Kryptologii můžeme definovat jako vědu o utajení obsahu zpráv. Kryptologie se skládá z kryptografie, kryptoanalýzy a někdy je také uváděna jako její další součást Steganografie.Příloha P
Obrázek : Rozdělení kryptologie
(zdroj: vlastní úprava)
Výrazy kryptografie a kryptologie bývají laickou veřejností často zaměňovány. Z výše uvedeného však vyplývá, že kryptografie je pouze jednou částí komplexního vědního oboru kryptologie.
A.2Kryptografie
Moderní kryptografie se zabývá matematickými metodami pro zajištění cílů informační bezpečnosti.
V původním zaměření se kryptografie zabývala způsoby, jak převést zprávu z čitelné podoby do podoby nečitelné tak, aby ni po zachycení zprávy nepovolanou osobou nebyl této osobě obsah zprávy zřejmý.
Ve zmíněné modernější podobě kryptografie nabízí další služby, jakými jsou kromě důvěrnosti zprávy také možnosti ověření integrity dat (ověření, že data nejsou úmyslně, či neúmyslně změněna), autentizace dat (tedy ověření původce dat, čas vzniku, atp.), autorizace (činnosti mohou být vykonávány jen oprávněnými subjekty), ale také například nepopiratelnost (odesílatel nemůže odeslanou zprávu později popřít).
A.3Kryptoanalýza
Zájmy kryptoanalýzy jsou přesně opačné k zájmům kryptografie. Tedy analyzuje utajený text za účelem odhalení původní informace. Dá se říci, že kryptoanalýza je stará, jako kryptografie sama. Právě vývoj v oblasti kryptoanalýzy tlačí rozvoj v oblasti kryptografie stále kupředu.
A.4Steganografie
Steganografie je někdy uváděna, jako třetí disciplína kryptologie. Její podstatou je ukrytí zprávy na místě, nebo v podobě, která ani nevyvolá podezření, že je nějaká zpráva přenášena. Nesoustředí se tedy na obsah zprávy, ale na její samotnou existenci. V oboru steganografie se setkáváme například s neviditelnými inkousty, mikrotečkami apod.
A.5Šifra, otevřený a šifrový text
Otevřený text označuje původní zprávu, před aplikací kryptografických postupů, která je volně čitelná. Šifrový text je zašifrovaná zpráva, kterou přečte jen příjemce s příslušným návodem k dešifrování zprávy. Systému pro převádění otevřeného textu na šifrový text a naopak říkáme šifrový, nebo také kryptografický systém (také zkráceně šifra).
A.6Transpoziční šifry
Při tomto způsobu šifrování dochází k přeskupení písmen textu podle dohodnutého předpisu tak, aby byl text pro nežádoucího příjemce nečitelný. Tento způsob šifrování užívá např. sparťanský Skytale (viz kap. B.1.3).
A.7Substituční šifry
Principem substituční šifry je, jak již sám název napovídá, náhrada původních písmen, či jiných celků textu za jiné, a to dle předem domluvených pravidel. Jednoduchou substituční šifrou může být např. Caesarova šifra (viz kap. B.1.7)
A.8Kód
Kód v širším pojetí užíváme k převedení textu do podoby, kterou můžeme zpracovávat nějakým kanálem, či technickým prostředkem. Např. Morseova abeceda je kód, který umožnil přenášet zprávy pomocí dvoustavových signálů (zapnuto-vypnuto, světlo-tma). Kódováním ASCII převádíme písmena, číslice a další znaky do binárního vyjádření pomocí jedniček a nul v počítačích. Převod obrazové informace provádíme kódováním JPEG, obraz a video pro změnu kódováním MPEG. Kód se tedy spíše, než k ukrytí informace (jako je tomu v případě šifry) užívá ke změně reprezentace.
Obrázek : „Toto je ukázka Morseova kódu“ (lomítka oddělují jednotlivé znaky abecedy)
(zdroj: vlastní úprava)
V kryptologii můžeme kód vnímat podobně. Pomocí kódů můžeme nahradit vybraná slova, věty, nebo i větší významové celky. K převodu otevřeného textu do kódu užíváme kódové tabulky. V případě většího rozsahu celé kódové knihy. Můžeme jimi podpořit také účinnost šifer, kdy po úspěšném rozluštění šifrového textu kryptoanalytikem můžou klíčová slova zůstat stále skrytá. Např. otevřený text po rozluštění šifrového textu říká: „Červené vejce má v držení polární liška.“ Je zřejmé, že bez znalosti kódu nebude příjemce schopen pochopit význam zprávy ani poté, co se jí podařilo rozluštit. Těmto slovům, která v textu nahrazují celá jiná slova (jména papežů, označení druhů zbraní apod.) nazýváme také nomenklátory. Nomenklátorem nazýváme i číslo, kterým nahrazujeme slovo z otevřeného textu.
|