Kvantna distribucija ključeva

Kvantna distribucija ključeva (QKD, Quantum key distribution) koristi kvantnu mehaniku da bi obezbedila sigurne komunikacije. Pomoću nje dve strane mogu da naprave zajednički nasumični/stohastički tajni kriptografski ključ koji je poznat samo njima. Taj ključ omogućuje šifrovanje i dešifrovanje poruka. Proces se često naziva kvantna kriptografija, mada se zapravo radi samo o jednoj, doduše najpoznatijoj grupi procesa u kvantnoj kriptografiji.

Ono što kvantnu distribuciju ključeva čini jedinstvenom jeste mogućnost da dve strane koje komuniciraju detektuju prisustvo treće strane koja pokušava da otkrije njihov ključ. Ovo je posledica fundamentalnog aspekta kvantne mehanike odnosno Hajzenbergovog principa, odnosno činjenice da merenje unutar kvantnog sistema u opštem slučaju remeti taj sistem. Treća strana koja pokušava da prisluškuje to mora činiti tako da na neki način meri signal i time uvodi anomalije koje se mogu detektovati. Komunikacioni sistem može se tako napraviti da detektuje prisluškivanje korišćčenjem kvantne superpozicije ili kvantne zapletenosti, pri čemu se informacije prenose u kvantnim stanjima. Ukoliko je nivo prisluškivanja ispod određenog praga, može se napraviti ključ koji je garantovano siguran, tj. prisluškivač ne može imati informacije o njemu. Ukoliko to nije slučaj, siguran ključ se ne može napraviti i komunikacija se prekida.

Tajnost enkripcije koja koristi kvantnu distribuciju ključeva zasnovana je na samim osnovama kvantne mehanike, dakle ugrađena je u same fizičke principe procesa. Na taj način QKD ima bezbednost koja se matematički može dokazati korišćenjem teorije informacija. To je u suprotnosti sa konvencionalnom kriptografijom koja je zasnovana na javnom ključu i kod koje je bezbednost obezbeđuje teškoća matematičkog izračunavanja ključa odnosno razbijanja šifre, dok ni u jednom trenutku ne postoji indikacija da li je neko prisluškivao komunikacioni kanal.

Kvantna distribucija ključeva koristi se samo da proizvede i distribuira ključ, a ne da prenosi podatke. Taj ključ se može koristiti sa bilo kojim izabranim algoritmom za enkripciju da bi se poruka šifrovala i dešifrovala. Poruka se potom može odašiljati preko standardnog komunikacionog kanala. Najčešće se za to koristi jednokratni ključ, budući da je dokazano siguran kada se koristi sa tajnim, nasumičnim signalom U stvarnim komunikacijama takođe se koristi sa enkripcijom koja koristi algoritme sa simetričnim ključem. U slučaju kvantne distribucije ključeva poređenje se zasniva na pretpostavci savršenih jednofotonskih izvora i detektora, koje nije jednostavno implementirati u praksi.