Kriptografia kuantiko

Kriptografia kuantikoa fotoien portaeran oinarritzen den kriptografia mota da. Beronen bidez, datuen transmisio oso seguruak lor daitezke, enkriptazio klasikoan aurkitu genitzakeenak baino seguruagoak.

Zenbait kontzeptu

Shannonen bita edo bit “klasikoa” 

Shannonen bitak bi balore posibleetatik (normalean 0 eta 1 direnak) bat bakarrik har dezake, inoiz ez bi baloreak aldi berean. Bit hauek kopiatuak izan daitezke.

Qubita 

Konputazio kuantikoan elektroiak edo fotoiak bezalako partikula elementalak erabiltzen dira, eta beraien kargak edo polarizazioak 0/1 bezala funtzionatuko dute. Partikula hauei Quantum bit edo Qubit deitzen zaie.

Shannonen bit klasikoa ez bezala, Qubita 0 eta 1 izan daiteke aldi berean, fisika kuantikoko gainezarmen printzipioaren eraginez. Gainera, Qubita ezin daiteke kopiatu, Klonazio ezaren teorema dela eta.

Qubitaren adibideak 
Qubitaren adibide bat ½ spineko partikula litzateke. Partikula hau 1 deitzen zaion spin-up egoeran egon daiteke, 0 deituriko spin-down egoeran, edo egoera bien gainazartzean, une berean 0 eta 1 izanez.

Qubitaren beste adibide bat fotoi baten polarizazio egoera izan daiteke. Fotoi bat polarizazio bertikaleko egoeran egon daiteke, zeini 1 balioa lotzen diogun. Polarizazio horizontalean ere egon daiteke, zeini 0 balioa lotzen diogun. Edota egoera bien gainezartzean egon daiteke, une berean 1 eta 0 dela interpretatuz.

Gainezarmen printzipioa 
Qubita eremu magnetikoan dagoen elektroi bezala irudikatuz, elektroiaren spina spin-up egoeran egon daiteke, hau da, eremuarekin alineatuta, edo spin down egoeran, eremuaren aurka alineatuta. Egoera batetik besterako aldaketa energia pultsu batekin lortzen da, laser baten bitartez adibidez. Suposatu dezagun energia unitate 1 behar dela egoeraz aldatzeko. Zer gertatuko litzateke beharrezko energiaren erdia bakarrik erabiliko balitz? Lege kuantikoak jarraituz partikula egoeren gainezarmen batean sartuko litzateke, une berean egoera bietan balego bezala portatuz.

Heisenbergen ziurgabetasun printzipioa 
Printzipio honen arabera, mundu subatomikoan ezin dira partikula elemental baten bi magnitude aldi berean ezagutu; lehenengoa neurtzeak bigarrenean eragina baitu.

Klonazio ezaren teorema 
Klonazio ezaren teorema mekanika kuantikoaren ondorioa da, zeinek egoera arbitrario eta ezezagun baten kopia egitea debekatzen duen. Wootters, Zurek eta Dieks-ek garatu zuten 1982an, eta konputazio kuantikoan garrantzi handia du.

Kriptografia klasikoak: kriptografia simetrikoa/asimetrikoa 
Gaur egun gehien bat enkriptazio mota bi hauek erabiltzen dira. Kriptografia simetrikoan klabe bera erabiltzen da mezua enkriptatzeko eta desenkriptatzeko. Kriptografia asimetrikoan klabe ezberdinak erabiltzen dira. A klabeak enkriptatutakoa B klabeak bakarrik desenkripta dezake, ez beste ezeinek.

Funtzionamendua 
Datuak babesteko modu honen funtsa printzipio fisiko batean dago: sistema kuantiko bat aztertzean, bere egoeran eragiten da. Beraz, ezin izango da jakin aztertu aurretik zeukan egoera zehatza. Honek esan nahi du metodo honekin datuak transmititzen baditugu, eta baten bat “espiatzen” ari bada, datuen fluxua aldatuko dela, Heisenbergen ziurgabetasun printzipioak adierazten duen legez.

Kriptografia kuantikoak fotoiak erabiltzen ditu digitu bitarrak sortu eta transmititzeko. Fotoiaren polarizazioaren arabera, zero edo bat moduan interpretatuko da. Metodo honen bidez bidalitako mezua oro har erabiliko den klabea bakarrik izaten da. Behin klabea finkatuta, modu konbentzionalean gertatuko da komunikazioa. Baten batek klabea osatzen duten fotoiak bidean atzemanez gero, nahitaez euren polarizazioa aldatuko du. Beraz, hartzailean errore detektatzaile algoritmoa erabiliz, polarizazio aldaketa hauek igarriko dira. Hau gertatuz gero, erabiltzaileak klabe hau baztertu eta berri bat bidaltzeko eskatuko luke.

Klabe banaketarako algoritmo batzuk 
Goian aipatutako klabe banaketa hori gauzatzeko, algoritmo batzuk erabiltzen dira. Hona hemen garrantzitsuenetariko bi: BB84 eta B92

BB84 
1984ean argitaratu zuten Charles Bennet eta Gilles Brassardek. Protokolo honetan, fotoien polarizazioa erabiltzen da informazioa kanal kuantiko batetik zehar (adibidez zuntz optikoa) transmititzeko. Bestalde, kanal publiko bat ere egongo da.
 1.pausua: Aliciak (igorleak) Benitori(hartzaileari) fotoi polarizatuen sekuentzia bidali nahi dio.
 2.pausua: Benitok ez daki Aliciak ze oinarri erabili duen fotoiak sortzeko; beraz berak sortutako ausazko oinarri batez neurtuko du heltzen zaizkion fotoien polarizazioa.
 3.pausua: Alicia eta Benito kanal publikoaren bitartez kontaktuan jartzen dira, batak besteari erabilitako oinarria jakinaraziz.
 4.pausua: Kanalean ez purutasunak egon daitezkeenez, edota oraindik okerrago, baten bat gure komunikazioa “entzuten” egon daitekeenez, fotoien polarizazioa aldatuta egon daiteke. Beraz erroreen kontrol bat egin beharko dute Alicia eta Benitok, klabe trukaketa inongo arazo barik gertatu dela ziurtatzeko.
 5.pausua: Oraindik aurrera komunikatzen jarraitzeko, Alicia eta Benitok kanal kuantikoa erabili dezakete, edota jada zifraketa algoritmoa elkartrukatu dutenez, kanal publikoa erabili dezakete modu guztiz seguruan.

B92 
 1.pausua: Aliciak fotoiak banaka transmititzen ditu, bi erreferentzia sistema bateraezinetan polarizatuz: bertikala eta diagonala eskumatara.
 2.pausua: Benitok polarizatzaile bietatik (horizontala eta diagonala ezkerretara) bat aukeratzen du, eta neurketak gauzatzen ditu.
 3.pausua: Benitok fotoia kasuen %25ean bakarrik aurkituko du. Kanal publiko baten bidez adieraziko dio Aliciari noiz aurkitu duen fotoia eta noiz ez.
 4. pausua: Klabe komuna finkatzen da fotoia hartu den polarizazioak kontuan hartuz.

Kanpo estekak 

Kriptografia
Mekanika kuantikoa
Sortzen ari den teknologia