การเข้ารหัสควอนตัมในปัจจุบันแตกต่างจากการเข้ารหัสอย่างไร

งานวิจัยล่าสุดระบุว่าอัลกอริธึมเชิงควอนตัมสามารถแก้ปัญหาวิทยาการทั่วไปได้เร็วกว่าอัลกอริธึมแบบดั้งเดิม

มีการพัฒนาอัลกอริทึมควอนตัมสำหรับการเข้ารหัสหรือไม่?

ฉันรู้เกี่ยวกับBB84แต่ดูเหมือนว่าจะเป็นเพียงบางส่วนในการแก้ปัญหาเครือข่าย

การเข้ารหัสควอนตัมอาศัยกลไกทางกายภาพที่ซับซ้อนเพื่อดำเนินการโปรโตคอลการเข้ารหัสซึ่งความปลอดภัยขึ้นอยู่กับสัจพจน์ของกลศาสตร์ควอนตัม

หากต้องการอ้างอิงข้อความวิกิพีเดียในโปรโตคอล BB84:

ความปลอดภัยของโปรโตคอลมาจากการเข้ารหัสข้อมูลในสถานะที่ไม่ใช่มุมฉาก ควอนตัมกำหนดไม่ได้หมายความว่ารัฐเหล่านี้ไม่สามารถวัดได้โดยทั่วไปโดยไม่รบกวนสถานะดั้งเดิม (ดูไม่มีทฤษฎีการโคลนนิ่ง)

มีคำถามและคำตอบที่ดีเกี่ยวกับ "การเข้ารหัสควอนตัมอะไรปลอดภัยหรือไม่" บน crypto.stackexchange พวกเขาเป็น verbose ดังนั้นฉันจะละเว้นจากการคัดลอกเนื้อหาที่นี่

ความแตกต่างระหว่างการเข้ารหัสควอนตัมและการเข้ารหัสสมัยใหม่

การเข้ารหัสควอนตัมต้องใช้เครื่องจักรเฉพาะเพื่อดำเนินการโปรโตคอล นี่เป็นข้อเสียที่ไม่สำคัญเล็กน้อยเมื่อเทียบกับการเข้ารหัสสมัยใหม่ หากคุณต้องการที่จะใช้ควอนตัมการเข้ารหัสคุณจะต้องจ่ายเป็นหนึ่งในหน่วยงานเชิงพาณิชย์ที่เสนอบริการ

วิทยาการเข้ารหัสลับสมัยใหม่ใช้อัลกอริทึมทางคณิตศาสตร์ที่นำมาใช้ในซอฟต์แวร์ซึ่งสามารถทำได้โดยคอมพิวเตอร์เครื่องเก่าที่มีทรัพยากรเพียงพอ (ซึ่งเป็นคอมพิวเตอร์เกือบทุกเครื่องในยุคนี้) ผลลัพธ์ของอัลกอริทึมสามารถส่งผ่านสื่อการสื่อสารโดยพลการ

หากคุณเห็นกุญแจสีเขียวติดกับ URL ในเว็บเบราว์เซอร์ของคุณแสดงว่าการเชื่อมต่อของคุณไปยังเว็บไซต์นี้ได้รับการรักษาความปลอดภัยด้วยวิทยาการเข้ารหัสลับที่ทันสมัย

บันทึก

การเข้ารหัสควอนตัมมักถูกคิดว่าไม่สามารถแตกได้อย่างไม่มีเงื่อนไขเนื่องจากกฎของจักรวาล ฟังดูดีเกินกว่าจะเป็นจริงและน่าเสียดาย ไม่มีอะไรที่จะหยุดคนจากการรอคอยสำหรับคุณที่จะได้รับข้อความของคุณแล้วที่จะเป็นภัยคุกคามต่อคุณจนกว่าคุณจะเปิดเผยสิ่งที่ข้อความนั้น นอกจากนี้ยังมีปัญหาเรื่องความสามารถของฝ่ายตรงข้ามที่จะเข้าไปยุ่งเกี่ยวกับฮาร์ดแวร์ สำหรับการตรวจสอบค่อนข้างแสบไส้ แต่ในเชิงลึกของจุดเหล่านี้ให้ดูที่โพสต์บล็อกที่ cr.yp.to

โดยพื้นฐานเช่นเดียวกับเทคนิคการเข้ารหัสที่ปลอดภัยพิสูจน์ ได้ ทั้งหมดการรับประกันเหล่านี้มีให้ภายในกรอบการทำงานของสมมติฐานที่หลักฐานพิสูจน์วางอยู่เท่านั้น ฝ่ายตรงข้ามที่พบช่องโหว่ในสมมติฐานเหล่านี้สามารถหลีกเลี่ยงการรับประกันทางทฤษฎีที่อัลกอริทึมเสนอ นั่นไม่ใช่การบอกว่า QC นั้นไร้ค่าและไม่สามารถใช้งานได้อย่างเต็มที่ แต่ต้องมีความเข้าใจที่จะพิสูจน์ว่าการรักษาความปลอดภัยที่พิสูจน์ได้เป็นเช่นนั้นเสมอในการตั้งสมมติฐานบางอย่างที่อาจถูกละเมิดในทางปฏิบัติ

มีการเข้ารหัสลับแบบดั้งเดิมที่เป็นเพียงว่าจะมีการคำนวณควอนตัม: การTimeLock เพิกถอน ความคิดพื้นฐานคือการตั้งค่าปัญหาที่ต้องการเวลาบางอย่างที่จะได้รับการแก้ไขในคอมพิวเตอร์ควอนตัม แต่การคำนวณควอนตัมสามารถยกเลิกได้ในสามารถพิสูจน์ได้ทาง

ฉันคิดว่ามีคำตอบที่น่าสนใจมากมายสำหรับคำถามของคุณ แต่ฉันอยากจะชี้ให้เห็นว่าสิ่งใดที่ฉันพบว่าเป็นผลมาจากทฤษฎีควอนตัมในการเข้ารหัส

มากที่สุดแห่งหนึ่งในปรากฏการณ์ควอนตัมที่น่าสนใจที่ยังไม่มีคู่คลาสสิกไม่มีโคลน นี่หมายความว่าถ้าคุณไม่มีข้อมูลเพียงพอเกี่ยวกับสถานะควอนตัมบางอย่างคุณจะไม่สามารถเตรียมสำเนาเพิ่มเติมได้ สิ่งนี้สามารถมองเห็นได้ (อย่างไม่เป็นทางการ) เป็นการทบทวนหลักการความไม่แน่นอน: หากคุณสามารถจัดทำสำเนาที่สมบูรณ์แบบของระบบที่คุณไม่รู้เรื่องใดก็ไม่มีสิ่งใดขัดขวางคุณจากการวัดสำเนาแต่ละชุดในแบบที่แตกต่างกัน คุณสมบัติ (เช่นหากคุณสามารถคัดลอกอิเล็กตรอนได้อย่างสมบูรณ์แบบคุณสามารถวัดโมเมนตัมของมันในหนึ่งสำเนาและตำแหน่งของมันในอีกรูปแบบหนึ่ง)

ไม่มีการโคลนนิ่งมักจะเจ็บปวดมาก ตัวอย่างเช่นพิจารณาเช่นอัลกอริทึม Miller-Rabin สำหรับการทดสอบแบบดั้งเดิม นี่เป็นอัลกอริทึมแบบสุ่มซึ่งหมายความว่าทุกครั้งที่คุณเรียกใช้มันจะมีความแตกต่างกันเล็กน้อย ให้หมายเลขเฉพาะอัลกอริทึมนี้จะบอกคุณเสมอว่ามันเป็นนายก เมื่อได้รับจำนวนคอมโพสิตก็จะยังคงบอกบางครั้งว่ามันเป็นนายก อย่างไรก็ตามหนึ่งสามารถพิสูจน์ได้ว่าเขาเกิดขึ้นกับความน่าจะเป็นที่น้อยกว่า$1/2$. นี่ก็หมายความว่าถ้าคุณเรียกใช้อัลกอริทึม$n$ ความน่าจะเป็นที่จะบอกคุณว่ามันเป็นจำนวนเฉพาะทุกครั้งที่มากที่สุด $1/2^n$. กระบวนการนี้เรียกว่าแอมพลิฟายเออร์และสมมติฐานพื้นฐานคือเราสามารถทำซ้ำอัลกอริทึมได้ตลอดเวลา ในขณะที่เรื่องเล็ก ๆ น้อย ๆ คลาสสิกข้อสันนิษฐานนี้ไม่ได้อยู่ในอาณาจักรควอนตัมขณะที่สถานะอินพุตอาจถูกวัดและทำลายอย่างถาวร แมริออทและ Watrous แสดงให้เห็นว่าอัลกอริธึม BQP ยังสามารถขยายได้ด้วยวิธีนี้ แต่วิธีการทำเช่นนั้นไม่ใช่เรื่องเล็กน้อย

อย่างที่คุณคาดหวังตอนนี้เวที "มะนาวกับน้ำมะนาว" จะมาถึง เพราะถ้าหากการโคลนนิ่งเป็นไปไม่ได้เราจะใช้ประโยชน์นั้นเพื่อประโยชน์ของเราเช่นเพื่อออกแบบสิ่งที่เราไม่ต้องการให้คนทำสำเนาเช่นเงินหรือไม่

น่าประหลาดใจที่ความคิดนี้นำหน้าการคำนวณควอนตัมและข้อมูลส่วนใหญ่ เร็วเท่าที่ปี 1968 สตีฟวีสเนอร์เสนอให้ใช้การโคลนนิ่งเพื่อใช้เงินซึ่งเป็นไปไม่ได้ทางร่างกายที่จะปลอมแปลง ยิ่งไปกว่านั้นการก่อสร้างของเขานั้นง่ายมากและต้องการความสามารถในการนำประตู Hadamard ไปใช้ในท้องถิ่นเท่านั้น น่าเสียดายที่เรื่องราวดำเนินไปดูเหมือนว่าวีสเนอร์ไม่สามารถเผยแพร่ความก้าวหน้าของเขามานานกว่าทศวรรษ

และไม่มีการวิจัยอย่างต่อเนื่องเกี่ยวกับปัญหาอื่น ๆ ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติเช่นเงินควอนตัมสาธารณะ (ในโครงการของ Wiesner มีเพียงผู้สร้างเงินเท่านั้นที่สามารถตรวจสอบได้) ข้อดีของคำถามนี้คือมันสามารถ ทำเงินที่ทุกคนสามารถตรวจสอบได้ แต่ไม่มีใครสามารถปลอมแปลงได้) ( ดูเพิ่มเติม ), การป้องกันการคัดลอกควอนตัม , การเข้ารหัสที่ไม่สามารถแก้ไขได้ , โทเค็นลายเซ็นครั้งเดียวฯลฯ สิ่งเหล่านี้ล้วน แต่เป็นสิ่งดั้งเดิมที่น่าสนใจซึ่งเป็นไปไม่ได้ที่คลาสสิก แต่อาจเป็นไปได้โดยใช้การคำนวณควอนตัม (ภายใต้สมมติฐานการคำนวณที่ไม่รุนแรง) สถานะของงานศิลปะในปัจจุบันคือเกือบทุกสิ่งก่อสร้างเช่นนั้นขึ้นอยู่กับสมมติฐานที่แข็งแกร่ง (หรือผิดปกติ) หรือในการดำรงอยู่ของออราเคิลที่ไม่สมจริงบางอย่าง แต่โปรดจำไว้ว่าคำถามเหล่านี้ค่อนข้างใหม่และการวิจัยที่เกี่ยวข้องกับพวกเขานั้นกระตือรือร้นมาก!