Kvanttisalaus tarkoittaa kryptografisia järjestelmiä, jotka turvautuvat kvanttimekaanisiin vaikutuksiin ja ominaisuuksiin salaustehtävien suorittamisessa. Tämä on päinvastoin kuin nykyaikaisissa tietokoneissa käytetty klassinen kryptografia. Kvanttisalauksen perusvaatimus on kvanttitietokoneen käyttö; sitä ei voi suorittaa tavallisella tietokoneella.
QKD
Kvanttisalauksen pääala on QKD. QKD on lyhenne sanoista Quantum Key Distribution. Täyskvanttisalausprosessin sijaan QKD käyttää kvanttitehosteita jakaa klassisen salausavaimen turvallisesti. Tämä tarkoittaa, että on kehitettävä vain todistettu turvallinen kvanttiviestintäjärjestelmä monimutkaisempien kvanttialgoritmien sijaan. Se myös vähentää fyysisiä vaatimuksia; teknisesti normaalissa tietokoneessa tarvittaisiin vain kvanttiverkkokortti koko kvanttitietokoneen sijaan.
Kvanttimekaniikka soveltuu järkevästi turvallisten kvanttiviestintäjärjestelmien kehittämiseen. On olemassa tapoja kommunikoida kvanttiviestintäkanavien kanssa, joita luvaton kolmas osapuoli ei voi valvoa ilman, että tunkeutuminen on havaittavissa.
Kvanttiviestintäkanavan turvallisuus voidaan myös vähentää muutamaan erittäin minimaaliseen vaatimukseen. Yksi tällainen ehto on, että kahdella laillisella osapuolella on jokin tapa todentaa toistensa kanssa. Toinen vaatimus on yksinkertaisesti se, että kvanttimekaniikan lakeja sovelletaan.
QKD: n pääongelma johtuu kvanttitietojen välittämisen vaikeudesta merkittävien etäisyyksien päähän. Nykyinen tutkimus mahdollistaa sopivat keskeiset sopimussuhteet optisilla kuiduilla jopa 550 km: n pituisella etäisyydellä. Tämän etäisyyden ulkopuolella tarvitaan kvanttitoistimia varmistamaan, että signaali ei katoa kohinassa. Lisäksi kvanttiviestinnän reitittäminen kvantti-Internetin kautta olisi haastavaa. Nykyiset testijärjestelmät ovat yleensä pisteestä pisteeseen.
Muut tutkimusalat
Kvanttiefektejä voidaan hyödyntää epäluuloisen kvanttilaskennan alalla. Tässä kaksi osapuolta voivat tehdä yhteistyötä luottamatta toisiinsa. Kvanttijärjestelmä voidaan suunnitella niin, että molemmat osapuolet voivat todistaa toisen huijanneen. Nämä menetelmät kuitenkin luottavat myös ei-kvanttivaikutuksiin, kuten erityiseen suhteellisuusteoriaan.
Tutkimustyötä tehdään muilla aloilla, kuten esimerkiksi siinä, että vastaanottajan on oltava tietyssä fyysisessä paikassa, vaikka kaksi vastustajaa tekisi yhteistyötä. Muut järjestelmät yrittävät pakottaa jopa aktiivisesti epärehelliset vastaanottajat olemaan rehellisiä toteuttamalla ylivoimaisia järjestelmävaatimuksia, jotta he voivat toimia vilpillisesti. Suuri osa tämäntyyppisestä työstä on osoittanut heikkouksia nykyisissä kvanttitoteutuksissa, mutta se on jättänyt oven auki tulevalle tutkimukselle hyvin nuorella alalla.
Kvanttiviestintä vaatii useita asioita ollakseen todella turvallinen. Ensinnäkin optisten lähetysten on kyettävä lähettämään yksittäisiä fotoneja. Nykyiset järjestelmät käyttävät yleensä lasereita, jotka lähettävät useita fotoneja. Teoreettisesti vastustaja voisi siepata yhden monista fotoneista jättämättä jälkiä. Yksittäisten fotonilähteiden kehittämisessä on kuitenkin lupaavaa tutkimusta.
Toiseksi fotonitunnistimet kärsivät valmistustoleranssiin perustuvista eroista, jotka avaavat salakuuntelijalle ikkunan ruiskuttaa itsensä tietoliikennevirtaan ilman, että häntä havaitaan. Tätä ongelmaa on mahdotonta ratkaista täysin ilman äärettömän tiukkoja toleransseja, mikä on mahdoton vaatimus.
Johtopäätös
Kvanttisalaus tarkoittaa kryptografiaa, joka hyödyntää kvanttimekaanisia vaikutuksia. Nykyinen ensisijainen kenttä on Quantum Key Distribution, joka käyttää kvanttiviestintämenetelmiä klassisten salausavaimien lähettämiseen. Kvanttisalausta ei pidä sekoittaa jälkikvanttisalaukseen.