פרוטוקולי תקשורת קוונטיים נמצאים בחזית הקריפטוגרפיה המודרנית ואבטחת העברת נתונים.בין הפרוטוקולים הנלמדים ביותר הם BB84 ו- E91, כל אחד מציע גישות ייחודיות כדי להבטיח אבטחה בהתבסס על עקרונות מכניקת הקוונטים.

מבוא לתקשורת קוונטית

תקשורת קוונטית ממנת תופעות כגון סופרפוזיציה וסבך להעביר מידע באופן מאובטח.בניגוד לשיטות קלאסיות, פרוטוקולים קוונטיים יכולים לזהות תשואות, מה שהופך אותם בעלי ערך רב לתקשורת מאובטחת.

פרוטוקול BB84

פותח בשנת 1984 על ידי צ'ארלס בנט וגיללס Brassard, פרוטוקול BB84 היה תוכנית ההפצה הראשונה של קוונטים מעשי (QKD) תוכנית זה מאפשר שני צדדים, אליס ובוב, כדי ליצור מפתח משותף באמצעות ביטים קוונטיים (qubits).

BB84 משתמשת בארבע מדינות קוטביות של פוטונים: אופקיים, אנכיים ושתי נטיות דיאגונליות.מדינות אלה משמשות כדי לקודש ביטים, עם היתרון המרכזי הוא שכל ניסיון מתפתל משנה את המדינות הקוונטיות, מזהיר את גורמי התקשורת.

כיצד BB84 עובד

  • אליס בוחרת באופן אקראי בסיס (rectilinear או diagonal) ומקודמת ביטים לתוך קוטב פוטון.
  • בוב בוחר באופן אקראי בסיס למדוד כל תמונה.
  • לאחר שידור, אליס ובוב משווים את אפשרויות הבסיס שלהם בערוץ ציבורי.
  • הם מסלקים מדידות שבהן בסיסים שלהם אינם מתאימים, משאירים מפתח גלם משותף.
  • הם מבצעים בדיקת שגיאות כדי לזהות נפיחות וליצור מפתח מאובטח.

פרוטוקול E91

ב-1991, פרוטוקול E91 מבוסס על סבך קוונטי.הוא משתמש בזוגות של פוטונים מסובכים משותפים בין אליס לבוב כדי להקים מפתח מאובטח.

הנכס הסבך מבטיח כי מדידות על חלקיקים סבוכים מתואמות, ללא קשר המרחק ביניהם. מתאם זה משמש כדי לזהות כל ניסיונות מזהמים.

איך E91 עובד

  • זוגות פוטונים מורכבים נוצרים ונשלחים לאליס ולבוב.
  • שני הצדדים מבצעים מדידות בבסיסים שנבחרו באופן אקראי.
  • הם משווים את תת-קבוצה של המדידה שלהם לערוץ ציבורי.
  • אם הקורלציה תואמת את דפוסי הסבך הקוונטיים הצפויים, הנתונים הנותרים מהווים מפתח מאובטח.
  • משבש משבש את הסבך, חושף את נוכחותו של איטרנדר.

השוואה של BB84 ו- E91

בעוד שני הפרוטוקולים שואפים ליצור מפתחות מאובטחים, הם שונים בגישה שלהם:

  • (ב) ⁇ :0) ,b84 משתמש בפוטונים שאינם מסובכים עם מדינות קיטוב, בעוד E91 מסתמך על זוגות פוטונים סבוכים.
  • (ב) ⁇ :0) סודיות: 2 הפרוטוקולים יכולים לזהות תשואות, אך ההסתמכות של E91 על הסבך מספקת מנגנון אבטחה אחר.
  • מורכבות השפע:0 (FLT:1 E91 בדרך כלל דורש ציוד מתוחכם יותר בשל דור הסבך וניהול.

שני הפרוטוקולים מייצגים אבני דרך משמעותיות בקריפטוגרפיה הקוונטית, דוחפים קדימה את הפיתוח של מערכות תקשורת בלתי ניתנות לשבר.

עתיד התקשורת הקוונטית

המחקר ממשיך לשפר את המעשיות והעוצמה של פרוטוקולי תקשורת קוונטיים.התקדמות במקורות פוטוניים, חוזר קוונטי ורשתות קוונטיות מבוססות לווייניות נועדו לאפשר רשתות תקשורת מאובטחות גלובליות בעתיד.

הבנת פרוטוקולים כמו BB84 ו- E91 חיונית לסטודנטים ולמחנכים המעוניינים בצומת החיתוך של פיזיקה קוונטית ואבטחת סייבר.