Υλοποίηση Πρωτοκόλλου Ββ84 Κβαντικής Κρυπτογραφίας Μεμονωμένων Φωτονίων Με Κυματοδηγούς

Abstract

Στην ψηφιακή εποχή, όπου οι υπολογιστές και τα δίκτυα επικοινωνιών θα επιτρέπουν την εκτέλεση ενός μεγάλου φάσματος των ανθρώπινων δραστηριοτήτων, προκύπτει επιτακτική η ανάγκη ασφάλειας της επικοινωνίας. Τούτο μπορεί να επιτευχθεί με κατάλληλη κρυπτογράφηση των πληροφοριών. Δυστυχώς, όμως, η ραγδαία τεχνολογική εξέλιξη καθιστούν επισφαλείς τις παραδοσιακές μορφές κρυπτογραφίας δημοσίου κλειδιού.Η λύση έγκειται στην υιοθέτηση της κβαντικής κρυπτογραφίας, ενός αναδυόμενου τεχνολογικού κλάδου που συνδυάζει την κβαντική φυσική και τη θεωρία πληροφορίας. Πρόκειται για κρυπτογραφία μυστικού κλειδιού όπου το κλειδί ανταλλάσσεται με κατάλληλο πρωτόκολλο ανάμεσα σε πομπό και δέκτη. Τα bit του ανταλλασσόμενου κλειδιού κωδικοποιούνται με κβαντικά σωματίδια. Η ασφάλεια του ανταλλασσόμενου κλειδιού από τυχόν υποκλοπή παρέχεται από μια απλή αρχή της κβαντικής φυσικής : Οποιαδήποτε μέτρηση ενός κβαντικού συστήματος διαταράσσει την κατάστασή του.Στο παρόν κείμενο εξετάζεται καταρχήν συνοπτικά η κβαντική κρυπτογραφία και οι τρόποι κωδικοποίησης των bit που έχουν αναπτυχθεί ως σήμερα. Στο πρώτο κεφάλαιο παρέχεται αναλυτικότερα η πλέον αναπτυγμένη κρυπτογραφία μεμονωμένων φωτονίων βασισμένη σε κωδικοποίηση πόλωσης. Παρέχεται αναλυτική μελέτη του πρωτοκόλλου ΒΒ84 για ανταλλαγή κλειδιού, η επίδραση του μέσου μεταφοράς μεταξύ πομπού-δέκτη στην ασφάλεια και στο ρυθμό μετάδοσης, και αναλύονται πολλές περιπτώσεις υποκλοπών που έχουν προταθεί ως σήμερα. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρατίθεται συνοπτική μελέτη της πολλά υποσχόμενης κρυπτογραφίας συζευγμένων φωτονίων και διατάξεων υλοποίησής της που έχουν προταθεί. Στο τρίτο κεφάλαιο επανερχόμαστε στην κρυπτογραφία μεμονωμένων φωτονίων όπου προτείνουμε ένα σύστημα βασισμένο στο πρωτόκολλο ΒΒ84, το οποίο υλοποιείται με κυματοδηγούς (στοιχεία οπτικών ινών). Το μέγεθος της διάταξης είναι σημαντικά μικρότερο των έως τώρα προταθέντων, ενώ εξουδετερώνονται μέθοδοι υποκλοπής που δεν αντιμετωπίζονταν. Παρέχεται πλήρης πεδιακή ανάλυση των κυματοδηγούμενων φωτονίων από τον πομπό στον δέκτη.