Day25 - Crypto 0x5 現代 - 量子密碼

前言

• 談完現今很常使用的對稱式加密(AES)與非對稱式加密(RSA)，接下來談談未來蠻有發展性的量子密碼

優勢

• 使用物理學中的量子力學來加密，其中最著名的例子為「量子密鑰分發」，其中的安全性已經有被證明是安全的
  • 之前我們所提到的RSA是基於現今難解的數學難題(ex: 因數分解)，但未來可能在量子電腦出現後，這些難題都會在短時間內破解

量子金鑰分發

• 目前是量子密碼學中發展較完善的例子
• 在通訊的雙方，可以分享隨機與安全的金鑰，來做加密和解密訊息

特性

• 因為量子的這兩個特性，可被證明說他是安全的
  • 量子的不可複製性
    • 在量子狀態處於未知的情況中，是無法對量子狀態複製的
  • 量測的不確定性
    • 在傳輸中途，因為測量一個量子態會改變量子本身的狀態，因此任何人試圖想要嘗試讀取量子態的行動，都會被發現

BB84協定

• 由查爾斯·貝內特（Charles Bennett）與吉勒·布拉薩（Gilles Brassard）於1984年發表的論文中提到的量子密分碼發協定
• 利用光子的偏振態來傳遞訊息
  • 傳送者利用量子頻道傳輸量子態，還需加上利用無線電或網際網路傳送原本選擇的基態

流程

• Alice為傳送者，Bob為接收者
• 根據基底方向有以下兩個
  • + (垂直方向)rectilinear bases
  • X (對角方向)diagonal bases

1. Alice隨機生成一個bit，並選擇基個基底，接著就能得出光子的偏振態，接著傳輸給Bob
2. Bob接收到訊息，並使用隨機的基底來接收偏振態，同時利用傳統的連線方式，將Alice選擇的基底給Bob
3. 接著Alice與Bob會以對選擇相同的基底，並捨棄不同基底的測量結果，把比對相同的結果當作金鑰

來源為: https://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E9%87%8F%E5%AD%90%E5%AF%86%E9%91%B0%E5%88%86%E7%99%BC#BB84%E5%8D%8F%E8%AE%AE

• 若有人竊聽，則會改變光子的偏振方式
  • 因此透過Alice與Bob交換的鑰匙，可以比對出哪個地方有誤，若錯誤率太高，則將本次的key汰除
    

來源為: https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_key_distribution

Ref

• https://medium.com/@kelispinor/%E9%87%8F%E5%AD%90%E5%8A%A0%E5%AF%86%E6%8A%80%E8%A1%93%E6%A5%B5%E7%B0%A1%E4%BB%8B-qkd-quantum-key-distribution-a795a470ff83
• https://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E9%87%8F%E5%AD%90%E5%AF%86%E9%91%B0%E5%88%86%E7%99%BC#BB84%E5%8D%8F%E8%AE%AE
• https://www.wikiwand.com/zh-mo/%E9%87%8F%E5%AD%90%E5%AF%86%E7%A2%BC%E5%AD%B8#/%E9%87%8F%E5%AD%90%E5%AF%86%E9%92%A5%E5%88%86%E7%99%BC
• https://www.youtube.com/watch?v=dgNyGjwwYpk