Η κβαντική κρυπτογράφηση εισέρχεται στην εμπορική χρήση

Από την ιστοσελίδα της Herald Tribune, Απρίλιος 2004

Το όνειρο των επιστημόνων είναι να χρησιμοποιήσουν τις ιδιότητες της κβαντικής φυσικής, τους ασυνήθιστους και συχνά παράδοξους για την κοινή λογική νόμους της, στους υπολογιστές ή στην κβαντική κρυπτογράφηση.

Τον τελευταίο καιρό δύο εταιρείες - η αμερικανική magiqtech και η ελβετική id quantique - προσφέρουν στο εμπόριο μια νέα τεχνική κρυπτογράφησης και αναμένουν μεγάλη ζήτηση από τις κυβερνήσεις (για τη μυστική ψηφοφορία των πολιτών) , τον στρατό, τις τράπεζες και εταιρίες πληροφοριών. Η νέα τεχνολογία, που λέγεται Κβαντικό Σύστημα Κρυπτογραφίας, είναι ένας ριζικά νέος τρόπος εξασφάλισης των απόρρητων στοιχείων.

Στην κβαντική κρυπτογράφηση, το κλειδί μεταδίδεται από τον αποστολέα στον παραλήπτη μέσω μεμονωμένων φωτονίων, για τα οποία κανείς δεν έχει την δυνατότητα να μαθαίνει ταυτόχρονα τη θέση και την ταχύτητα τους. Σε περίπτωση υποκλοπής, η κατάσταση των φωτονίων διαφοροποιείται, το κλειδί καταστρέφεται και αποκαλύπτει τον ένοχο υποκλοπέα.

Μοναδικό μειονέκτημα της τεχνικής είναι ότι τα φωτόνια καλύπτουν μικρή απόσταση. Η μεγαλύτερη απόσταση που έχουν διανύσει μέχρι τώρα είναι 120 χιλιόμετρα.

Η κρυπτογράφηση

Καθ' όλη τη διάρκεια της ιστορίας, τα σημαντικά μηνύματα που στέλνονται από τις κυβερνήσεις, τους στρατούς και τις επιχειρήσεις έχουν στηριχθεί σε κώδικες που κρυπτογραφούνται από τη μία πλευρά και συγχρόνως αποκρυπτογραφούνται από τον παραλήπτη. Αλλά για να το κάνουν αυτό, η πληροφορία για τον κώδικα πρέπει να κοινοποιηθεί σε τουλάχιστον δύο ανθρώπους μέσω του αγγελιαφόρου, ή, όπως είναι γίνεται πιο συχνά στην σύγχρονη εποχή, μέσω ενός δικτύου επικοινωνιών. Όμως, στο δίκτυο μπορεί να εισέλθει κάποιος και να γίνει κλοπή του κώδικα κρυπτογράφησης.

Η σύγχρονη φυσική όμως, υπόσχεται να αλλάξει αυτόν τον τρόπο μετάδοσης των μηνυμάτων κάνοντας χρήση φωτονίων που είναι μη παραποιήσιμα.

Οι περισσότερες ασφαλείς ψηφιακές επικοινωνίες δεδομένων σήμερα βασίζονται στη χρήση πολύ μεγάλων αριθμών, τα λεγόμενα κλειδιά. Δύο κλειδιά περιέχονται σε κάθε κρυπτογράφηση: ένα ιδιωτικό κλειδί, στο οποίο μόνο ο πομπός του μηνύματος έχει την πρόσβαση, και ένα δημόσιο κλειδί, που είναι διαθέσιμο στον καθένα. Τα δύο κλειδιά λειτουργούν μαζί, έτσι ένα μήνυμα που αναμειγνύεται με ένα δημόσιο κλειδί μπορεί να 'ξεκαθαριστεί' και να αναγνωστεί μόνο με το ιδιωτικό κλειδί. Τα δημόσια συστήματα με κλειδιά απαιτούν να ξέρει ο πομπός το δημόσιο κλειδί του παραλήπτη για να κρυπτογραφήσει ένα μήνυμα. Έτσι απαιτείται να υπάρχει μια παγκόσμια βιβλιοθήκη των δημόσιων κλειδιών. Μια αδυναμία αυτού του συστήματος είναι ότι, με έναν αρκετά ισχυρό υπολογιστή, είναι πιθανό να υπολογιστεί το ιδιωτικό κλειδί από το δημόσιο κλειδί.

Το Κβαντικό Σύστημα Κρυπτογραφίας επιτρέπει τη μυστικότητα του κλειδιού και εγγυάται ότι κανένας ισχυρός υπολογιστής ή χάκερ δεν μπορεί να το βρει. Καταργεί επίσης την ανάγκη για μια παγκόσμια βάση κλειδιών.

Αυτή η μέθοδος κάνει χρήση μεμονωμένων φωτονίων - τα σωματίδια του φωτός - για να μεταφέρει τα αριθμητικά κλειδιά. Τα φωτόνια είναι τόσο ευαίσθητα που αν κανένας ή κάτι προσπαθήσει να κατασκοπεύσει το ταξίδι τους μέσω των οπτικών ινών, η κωδικοποιημένη κατάσταση τους θα αλλάξει. Ο πομπός και ο παραλήπτης αμέσως καταλαβαίνουν αυτήν την παρέμβαση - από μηνύματα σφάλματος - και δεν χρησιμοποιούν το κλειδί.

Το σύστημα κρυπτογραφίας είναι μια από τις πρώτες εφαρμογές της κβαντικής φυσικής, η οποία αναμένεται για να αντικαταστήσει το σημερινό δυαδικό σύστημα, στο οποίο τα στοιχεία παριστάνονται με μια σειρά 1 ή 0.

Κάποτε, μεταξύ του 2015 και του 2020, οι επιστήμονες λένε ότι ελπίζουν τα δυαδικά bits θα κωδικοποιηθούν σε σωματίδια - όπως είναι τα φωτόνια ή τα ηλεκτρόνια. Αυτά τα κβαντικά bits θα επέτρεπαν στους υπολογιστές να εκτελέσουν ταυτόχρονα πολλαπλάσιους σύνθετους υπολογισμούς.

Ο κβαντικός υπολογισμός θα αυξήσει την ισχύ επεξεργασίας των υπολογιστών τόσο, που ουσιαστικά θα είναι σαν τη μετάβαση από τον άβακα στον υπολογιστή", λέει ο Charles Ross, ένας σύμβουλος στην εταιρεία Cientifica, που συμμετείχε στις δοκιμές  του κβαντικού υπολογισμού. Αυτή η έρευνα χρηματοδοτήθηκε από την Ευρωπαϊκή Επιτροπή το 1998.

Η κβαντική κρυπτογραφία είναι η εφαρμογή αυτού του συστήματος που μπορεί να εφαρμοστεί πολύ πιο γρήγορα από ό,τι ο κβαντικός υπολογιστής. Οι χάκερ τότε θα μπορούσαν να χάσουν τη δουλειά τους.

Ήδη η διεθνής οργάνωση πιστωτικών καρτών, που αντιπροσωπεύει περίπου 21.000 τράπεζες, ενδιαφέρθηκε για το Σύστημα Κρυπτογράφησης.

Προβλήματα

Αλλά πρέπει να επιλυθούν ακόμα πολλά προβλήματα. Τα κβαντικά κρυπτογραφημένα μηνύματα - που στέλνονται μέσω των οπτικών ινών - δεν μπορούν να ταξιδέψουν πολύ μακριά, και μπορούν να εργαστούν από σημείο σε σημείο - με άλλα λόγια, με υπολογιστές κατευθείαν συνδεδεμένους ο ένας με τον άλλο, κι όχι με υπολογιστές συνδεδεμένους σε δίκτυο.

Η Toshiba Ευρώπης, που δουλεύει με το Πανεπιστήμιο του Καίμπριτζ πάνω στην κβαντική κρυπτογραφία, τον περασμένο Ιούνιο έδειξε ότι μπορεί να μεταφέρει κβαντικά κρυπτογραφημένα μηνύματα μέχρι 120 χιλιόμετρα, αρκετά μακριά για πολλές εφαρμογές σε μητροπολιτικές περιοχές, λέει ο Andrew Shields, επικεφαλής της ομάδας κβαντικής πληροφορίας στο βρετανικό ερευνητικό εργαστήριο της Toshiba.

Προκειμένου να εργαστούν σε ένα περιβάλλον δικτύου και σε μεγαλύτερες αποστάσεις, απαιτείται να προστεθούν κβαντικοί επαναλήπτες - ένα είδος στοιχειώδους κβαντικού υπολογιστή - για να αναπαραγάγουν τα κβαντικά bits.

Συγχρόνως εργάζεται στον τομέα αυτό η Nec και η Hewlett-Packard από εταιρείες. Επίσης, επιστήμονες  από την Ευρώπη, τις Ηνωμένες Πολιτείες (στο Los Alamos), τη Μεγάλη Βρετανία και την Αυστρία πειραματίζονται με τη διαβίβαση των κβαντικών κλειδιών μέσω του αέρα παρά με τις οπτικές ίνες. Η ιδέα είναι να σταλούν τα κβαντικά κλειδιά μέχρι τους δορυφόρους και έπειτα προς τα κάτω σε έναν άλλο προορισμό.

Συνολικά, περίπου 50 εκατομμύρια δολάρια από δημόσια και ιδιωτικά κεφάλαια θα επενδυθούν στο κβαντικό σύστημα κρυπτογραφίας, κατά τη διάρκεια των επόμενων τριών ετών.