Dzięki technologiom kwantowym powstają zupełnie nowe metody szyfrowania

Artykuł/Nauka 09.09.2016
Dzięki technologiom kwantowym powstają zupełnie nowe metody szyfrowania

Claude Elwood Shannon to jeden z ojców teorii informacji – a co za tym idzie, całej naszej epoki, którą nie bez powodów nazywamy epoką informacji.

To Shannon położył podwaliny pod informatykę, definiując podstawowe twierdzenia np. na temat maksymalnej przepustowości kanału informacyjnego, o którym wspominałem pisząc dlaczego przesyłanie danych z sondy New Horizons trwa tak długo. To on również jako pierwszy postanowił wykorzystać w obliczeniach wykonywanych przez maszyny mechaniczno-cyfrowe algebrę Boole’a, czyli takie wyrażenia logiczne, jakie dziś nieodmiennie kojarzą nam się z programowaniem komputerów.

claudeshannon_mfo3807
Claude E. Shannon (1916-2001)

W trakcie drugiej wojny światowej Shannon pomagał aliantom w stworzeniu systemu szyfrowania, którego Niemcy nie mogliby złamać. Wtedy sformułował (i udowodnił) twierdzenie, że szyfr z kluczem jednorazowym wymaga aby:

  • użyty klucz był co najmniej tak długi jak szyfrowana wiadomość
  • klucz musi był nieprzewidywalny – musimy użyć doskonale losowego algorytmu
  • klucz nie może być użyty ponownie (to oczywiste, inaczej nie byłby to szyfr z kluczem jednorazowym).

Wykorzystanie tej metody, przy zachowaniu jeszcze kilku warunków, zapewnia pełne bezpieczeństwo zaszyfrowanej informacji. Niestety, nie jest to szyfr bardzo praktyczny, między innymi ze względu na konieczność tworzenia klucza nie krótszego niż wiadomość. Być może jednak wkrótce poznamy metodę na znaczące skrócenie wymaganego klucza, bez zmniejszania użyteczności algorytmu.

Badacze z Uniwersytetu w Rochester zademonstrowali niedawno przesyłanie doskonale zabezpieczonej informacji z kluczem jednorazowym o wiele krótszym niż przesyłana wiadomość.

Jak się to udało? Użyto kwantowego uwięzienia informacji (quantum data locking). Informacja została zakodowana za pomocą fotonów. Strumień fotonów może mieć wiele cech – takich jak długość fali lub rozmiar – dzięki temu udało się zaszyfrować wiadomość. Metodę za pomocą której tego dokonano, stworzył profesor Seth Lloyd z MIT – do tej pory jednak pozostawała ona jedynie teorią.

theenigmamac
Stworzony przez naukowców z Rochester modulator (fot. Uniwersytet w Rochester)

Naukowcy z Rochester pod kierownictwem Daniela Luma zaimplementowali koncepcję Lloyda za pomocą specjalnego modulatora (SLM – spatial light modulator), zmieniającego cechy poszczególnych fotonów. Użyto przy tym zasadę nieoznaczoności – z której wynika m.in., że poznając jedną z cech cząsteczki, mniej wiemy innych jej cechach. Dzięki temu uzyskano klucz na tyle przypadkowy, że wystarczyła jego bardzo mała długość w porównaniu do długości wiadomości. Na sześć bitów zaszyfrowanego przekazu, potrzeba było jedynie jeden bit klucza.

Stworzone przez Luma i jego współpracowników urządzenie nie jest jeszcze idealne (jak sam przyznaje, niektóre fotony są gubione), ale pokazuje że złamanie zasady Shannona jest możliwe nie tylko hipotetycznie.

Dołącz do dyskusji

MAŁO? CZYTAJ KOLEJNY WPIS...

MAŁO? CZYTAJ KOLEJNY WPIS...

Advertisement