Μελέτη και Αξιολόγηση Συστημάτων Κβαντικού Διαμοιρασμού Κλειδιού για Εφαρμογές σε Τοπολογίες 5G Δικτύων

Abstract

Η κρυπτογράφηση είναι μια απαραίτητη διαδικασία για οποιαδήποτε μεταφορά δεδομένων με ασφάλεια, σε διαδικτυακό η τηλεφωνικό επίπεδο. Η κρυπτογράφηση με τη χρήση ενός κλασικού κρυφού κλειδιού καθιστά στον υποκλοπέα εξαιρετικά δύσκολο να αποκρυπτογραφήσει δεδομένα, σε λογικά χρονικά πλαίσια. Ωστόσο, με την εξέλιξη της κβαντικής επιστήμης και τεχνολογίας, έρχονται στο προσκήνιο τεχνικές οι οποίες θα μπορούσαν με την εκμετάλλευση των ιδιαίτερων κβαντικών φαινομένων και ιδιοτήτων να παραβιάσουν τους έως τώρα κλασικούς τρόπους δημιουργίας και ανταλλαγής ενός κλασικού κλειδιού κρυπτογράφησης, δημιουργώντας συνεπώς σοβαρά ζητήματα ασφάλειας στην μεταφορά δεδομένων. Σε αυτήν την διπλωματική εργασία μελετάται και αξιολογείται το πρωτόκολλο δημιουργίας και ανταλλαγής κβαντικά κατασκευασμένων συμμετρικών κλειδιών κρυπτογράφησης (QKD Protocol ή Quantum Key Distribution Protocol) ΒΒ84, το οποίο προτάθηκε πρώτη φορά από τους Char- lles Bennett και Gilles Brassard το 1984. Το πρωτόκολλο αυτό εκμεταλλεύεται τις κβαντικές ιδιότητες του φωτός, δίνοντας την δυνατότητα παραγωγής και ανταλλαγής ενός απόλυτα τυχαίου, συμμετρικού κλειδιού κρυπτογράφησης, προκείμενου να ενισχύσει σε τεράστιο βαθμό την ασφάλεια της σύγχρονης κρυπτογράφησης. Συγκεκριμένα, στην εργασία αυτή, εξετάζονται οι παράγοντες και ο τρόπος με τον οποίο αυτοί επηρεάζουν τη λειτουργία και την απόδοση μιας τέτοιας QKD τοπολογίας. Ο συνεχώς αυξανόμενος όγκος δεδομένων και η απαίτηση για μεγαλύτερες ταχύτητες στο διαδίκτυο απαιτούν ταυτόχρονα καινούργιες τοπολογίες δικτύων, όπως αυτή του 5G, η οποία θεωρείται ότι θα καλύψει τις σύγχρονες αυτές ανάγκες. Στην εργασία αυτή μελετάται ακόμα, κατά πόσο ένα τέτοιο σύστημα παραγωγής κλειδιών κρυπτογράφησης θα μπορούσε να ανταποκριθεί στις απαιτήσεις μιας σύγχρονης τοπολογίας δικτύου 5G, όσον αφορά την ασφάλεια, την αυξημένη ταχύτητα παροχής δεδομένων καθώς και τα αυστηρά όρια του χρόνου απόκρισης που τίθενται.