Challenges
Datasets
Workspaces
Papers
Discussions
Leaderboard
Log inSign up
Challenges
Datasets
Workspaces
Papers
Discussions
Leaderboard
Blog
Job Board
Q3AS

© 2026 Aqora Quantum S.A.S.

TermsPrivacyLegal Notice

it - Information Technology

Beweisbare Sicherheit durch Quantenkryptografie (Provable Security in Quantum Cryptography)

Renato Renner

Published Mar 1, 2007• 0 citations
Publisher

Abstract

Die Sicherheit heutiger kryptografischer Verfahren beruht meist auf der nicht beweisbaren Annahme, dass einem Gegner nur beschränkte Rechenleistung zur Verfügung steht. Im Gegensatz dazu bietet die Quantenkryptografie, die quantenmechanische Eigenschaften kleinster Teilchen wie zum Beispiel Photonen nutzt, beweisbare Sicherheit. Dieser Artikel erläutert die Funktionsweise dieser neuartigen Technik.

DOI
10.1524/itit.2007.49.2.127

Related papers

Quantum Computing: Anwendungen in Kryptographie und der Darstellung Boolescher Funktionen

Hecke Schrobsdorff

•Jan 1, 2006•0 citations

Quantenphysikalische Methoden zur Datenübertragung mit Elektronen-Materiewellen

Robin Röpke

Sichere Datenübertragung ist essentiell in unserer heutigen Zeit. Informationsaus- tausch bestimmt unser wirtschaftliches und auch unser persönliches Leben. Noch werden unsere Daten mit mathematischen Verschlüsselungsmethoden geschützt. Mit der stetigen Weiterentwicklung der Quantencomputer ist es jedoch nur noch eine Frage der Zeit bis jede Verschlüsselung dekodiert werden kann. Abhilfe schafft die Quantenkryptografie, in der die Verschlüsselung nicht auf Algorithmen sondern auf quantenmechanischen Grundgesetzen basiert. In den letzten Jahren hat sich die Quanten-Kommunikation durch einzelne bzw. verschränkte Photonen, stetig weiterentwickelt. In dieser Arbeit werden die Grundlagen geschaffen, dieses Gebiet auf Elektronen zu erweitern. Ein Ziel dieser Arbeit ist, einen supraleitenden Felde- mitter zu entwickeln. Dazu wurde in Tübingen die Technik etabliert, reproduzierbar Spitzen aus dem Supraleiter Niob herstellen zu können. Die Emission solcher Spit- zen wurde bei Raumtemperatur auf ihre Kohärenz untersucht und es wurde eine Halterung gebaut, mit der die Spitzen unterhalb der Sprungtemperatur gekühlt werden können. Im Rahmen eines Aufenthaltes am Lawrence Berkeley National Lab, USA, wurde ein Setup realisiert, womit die Emission einer supraleitenden Spitze untersucht werden kann. Dabei liegt das Augenmerk auf der Energiebreite und der Teilchenstatistik der Emission. Durch Korrelationsmessungen soll festgestellt werden, ob die supraleitende Spitze verschränkte Elektronenpaare emittiert. Das andere Ziel der Arbeit ist, eine neuartige, sichere Quantenmethode zur Datenübertragung zu entwickeln, durch Modulation einer Materiewelle in einem Biprisma-Interferometer. Der Sender ist dabei ein Wienfilter, der den Kontrast des Interferograms moduliert. Die Phasenlage oder die Position des Streifenmusters ändert sich dabei nicht. Der Empfänger ist ein Delay-Line-Detektor, der dynamisch den Kontrast misst. Für dieses Ziel wurde die Elektronik eines bestehenden Experiments erneuert und eine computergesteuerte Sendeeinheit gebaut. Eine Nachricht wurde erfolgreich übertra- gen und der Aufbau hinsichtlich Geschwindigkeit und Stabilität untersucht. Um die Sicherheit des Übertragungsschemas zu erhöhen, wurde eine Methode entwickelt mit Ähnlichkeiten zum BB84-Protokoll für Photonen. Der Sicherheitsaspekt beruht hierbei auf dem Welle-Teilchen-Dualismus, der Symmetrie der Wienkurve und der Dekohärenz. Abschließend wird die Sicherheit bei verschiedenen Abhörangriffen diskutiert und auch experimentell gezeigt, wie ein Angriff mit einem klassischen Instrument die Übertragung aufgrund von Dekohärenz verhindert.

•Sep 7, 2021•0 citations

A one-way function from thermodynamics and applications to cryptography

Norbert Hungerbühler, Michaël Struwe

. Die Sicherheit von elektronischen Daten und deren Ubermittlung beruht heutzutage auf ausgeklugelten kryptographischen Methoden, die z.B. im e-Banking Verwendung finden. Im gleichen Mase, wie immer sicherere mathematische Methoden entwickelt wurden, um vertrauliche elektronische Kommunikation zu schutzen, sind auch immer raffiniertere Techniken entstanden, um diese Codes mit Hilfe immer leistungsfahigerer Computer zu brechen. Moderne Verschlusselungsmethoden basieren unter anderem auf zahlentheoretischen Grundlagen, auf der Theorie kommutativer Gruppen und auf algebraischer Geometrie. Die als besonders sicher geltenden Protokolle von Diffie und Hellman und das RSA-Public Key Verfahren scheinen in nicht allzu ferner Zukunft durch Faktorisierungsmethoden auf Quantencomputern bedroht. Als Abhilfe werden Chiffrierungsmethoden erprobt, die ihrerseits Quanteneffekte ausnutzen. Im Unterschied dazu beruht die Sicherheit des hier vorgestellten Public Key Verfahrens auf dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik. Dabei wird benutzt, dass die Warmeleitungsgleichung nur in einer Zeitrichtung losbar ist.

Elemente der Mathematik•Jun 30, 2003•1 citation

Kryptographie und Quanten-Informatik (Cryptography and Quantum Informatics)

Roland Vollmar

it - Information Technology•Nov 24, 2006•0 citations

Quantenphysik und die Zukunft der Kryptographie

Per Kaijser, Wernhard Markwitz

Datenschutz und Datensicherheit - DuD•Jun 1, 2008•0 citations

New aspects of the quantum geometric phase

Stefan Filipp

Die geometrische Phase zeigt, wie schon die Vorhersagen der Standard-Quantenmechanik von der Geometrie des zugrundeliegenden Hilbertraumes beeinflusst werden. In der Quantenmechanik wird durch eine nicht triviale Topologie des Zustandsraumes eine Phasendifferenz zwischen Anfangs- und Endzustand des Systems induziert. Diese geometrische Phase hängt - im Gegensatz zur dynamischen Phase - nur vom Pfad ab und nicht von der benötigten Entwicklungszeit oder der Energie des Zustandes. Die vorliegende Dissertation behandelt einige Aspekte dieser geometrischen Phase. Zum einen werden sogenannte nicht-diagonale geometrische Phasen für gemischte Zustände definiert, welche Information über die Topologie des Zustandsraumes bietet, falls die gewöhnliche geometrische Phase nicht wohldefiniert ist. Im zweiten Teil taucht die geometrische Phase im Kontext der Neutroneninterferometrie auf. Ein Interferometer mit zwei Kreisen wird verwendet, um die in einem Kreis generierte Phase relative zu einem Referenzstrahl zu messen. Der Zustand in diesem Kreis kann durch geeignete Wahl eines Absorbers und eines Phasenschiebers so verändert werden, dass schlussendlich nur eine geometrische Phase gemessen wird. Diese folgt wiederum aus der Geometrie des sphärischen Zustandsraumes. Schließlich wird die Frage des Einflusses von äußeren Störungen auf die geometrische Phase aufgegriffen. Einige theoretische Überlegungen kommen zum Schluss, dass diese gut geeignet sei um quantenmechanische Schaltungen zu realisieren. Dieses Verhalten könnte mit ultrakalten Neutronen getestet werden. Numerische Simulationen in Hinblick auf ein zukünftiges Experiment werden präsentiert.

•Sep 1, 2006•33 citations
Die Sicherheit heutiger kryptografischer Verfahren beruht meist auf der nicht beweisbaren Annahme, dass einem Gegner nur beschränkte Rechenleistung zur Verfügung steht. Im Gegensatz dazu bietet die Quantenkryptografie, die quantenmechanische Eigenschaften kleinster Teilchen wie zum Beispiel Photonen nutzt, beweisbare Sicherheit. Dieser Artikel erläutert die Funktionsweise dieser neuartigen Technik.
Sichere Datenübertragung ist essentiell in unserer heutigen Zeit. Informationsaus- tausch bestimmt unser wirtschaftliches und auch unser persönliches Leben. Noch werden unsere Daten mit mathematischen Verschlüsselungsmethoden geschützt. Mit der stetigen Weiterentwicklung der Quantencomputer ist es jedoch nur noch eine Frage der Zeit bis jede Verschlüsselung dekodiert werden kann. Abhilfe schafft die Quantenkryptografie, in der die Verschlüsselung nicht auf Algorithmen sondern auf quantenmechanischen Grundgesetzen basiert. In den letzten Jahren hat sich die Quanten-Kommunikation durch einzelne bzw. verschränkte Photonen, stetig weiterentwickelt. In dieser Arbeit werden die Grundlagen geschaffen, dieses Gebiet auf Elektronen zu erweitern. Ein Ziel dieser Arbeit ist, einen supraleitenden Felde- mitter zu entwickeln. Dazu wurde in Tübingen die Technik etabliert, reproduzierbar Spitzen aus dem Supraleiter Niob herstellen zu können. Die Emission solcher Spit- zen wurde bei Raumtemperatur auf ihre Kohärenz untersucht und es wurde eine Halterung gebaut, mit der die Spitzen unterhalb der Sprungtemperatur gekühlt werden können. Im Rahmen eines Aufenthaltes am Lawrence Berkeley National Lab, USA, wurde ein Setup realisiert, womit die Emission einer supraleitenden Spitze untersucht werden kann. Dabei liegt das Augenmerk auf der Energiebreite und der Teilchenstatistik der Emission. Durch Korrelationsmessungen soll festgestellt werden, ob die supraleitende Spitze verschränkte Elektronenpaare emittiert. Das andere Ziel der Arbeit ist, eine neuartige, sichere Quantenmethode zur Datenübertragung zu entwickeln, durch Modulation einer Materiewelle in einem Biprisma-Interferometer. Der Sender ist dabei ein Wienfilter, der den Kontrast des Interferograms moduliert. Die Phasenlage oder die Position des Streifenmusters ändert sich dabei nicht. Der Empfänger ist ein Delay-Line-Detektor, der dynamisch den Kontrast misst. Für dieses Ziel wurde die Elektronik eines bestehenden Experiments erneuert und eine computergesteuerte Sendeeinheit gebaut. Eine Nachricht wurde erfolgreich übertra- gen und der Aufbau hinsichtlich Geschwindigkeit und Stabilität untersucht. Um die Sicherheit des Übertragungsschemas zu erhöhen, wurde eine Methode entwickelt mit Ähnlichkeiten zum BB84-Protokoll für Photonen. Der Sicherheitsaspekt beruht hierbei auf dem Welle-Teilchen-Dualismus, der Symmetrie der Wienkurve und der Dekohärenz. Abschließend wird die Sicherheit bei verschiedenen Abhörangriffen diskutiert und auch experimentell gezeigt, wie ein Angriff mit einem klassischen Instrument die Übertragung aufgrund von Dekohärenz verhindert.
. Die Sicherheit von elektronischen Daten und deren Ubermittlung beruht heutzutage auf ausgeklugelten kryptographischen Methoden, die z.B. im e-Banking Verwendung finden. Im gleichen Mase, wie immer sicherere mathematische Methoden entwickelt wurden, um vertrauliche elektronische Kommunikation zu schutzen, sind auch immer raffiniertere Techniken entstanden, um diese Codes mit Hilfe immer leistungsfahigerer Computer zu brechen. Moderne Verschlusselungsmethoden basieren unter anderem auf zahlentheoretischen Grundlagen, auf der Theorie kommutativer Gruppen und auf algebraischer Geometrie. Die als besonders sicher geltenden Protokolle von Diffie und Hellman und das RSA-Public Key Verfahren scheinen in nicht allzu ferner Zukunft durch Faktorisierungsmethoden auf Quantencomputern bedroht. Als Abhilfe werden Chiffrierungsmethoden erprobt, die ihrerseits Quanteneffekte ausnutzen. Im Unterschied dazu beruht die Sicherheit des hier vorgestellten Public Key Verfahrens auf dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik. Dabei wird benutzt, dass die Warmeleitungsgleichung nur in einer Zeitrichtung losbar ist.
Die geometrische Phase zeigt, wie schon die Vorhersagen der Standard-Quantenmechanik von der Geometrie des zugrundeliegenden Hilbertraumes beeinflusst werden. In der Quantenmechanik wird durch eine nicht triviale Topologie des Zustandsraumes eine Phasendifferenz zwischen Anfangs- und Endzustand des Systems induziert. Diese geometrische Phase hängt - im Gegensatz zur dynamischen Phase - nur vom Pfad ab und nicht von der benötigten Entwicklungszeit oder der Energie des Zustandes. Die vorliegende Dissertation behandelt einige Aspekte dieser geometrischen Phase. Zum einen werden sogenannte nicht-diagonale geometrische Phasen für gemischte Zustände definiert, welche Information über die Topologie des Zustandsraumes bietet, falls die gewöhnliche geometrische Phase nicht wohldefiniert ist. Im zweiten Teil taucht die geometrische Phase im Kontext der Neutroneninterferometrie auf. Ein Interferometer mit zwei Kreisen wird verwendet, um die in einem Kreis generierte Phase relative zu einem Referenzstrahl zu messen. Der Zustand in diesem Kreis kann durch geeignete Wahl eines Absorbers und eines Phasenschiebers so verändert werden, dass schlussendlich nur eine geometrische Phase gemessen wird. Diese folgt wiederum aus der Geometrie des sphärischen Zustandsraumes. Schließlich wird die Frage des Einflusses von äußeren Störungen auf die geometrische Phase aufgegriffen. Einige theoretische Überlegungen kommen zum Schluss, dass diese gut geeignet sei um quantenmechanische Schaltungen zu realisieren. Dieses Verhalten könnte mit ultrakalten Neutronen getestet werden. Numerische Simulationen in Hinblick auf ein zukünftiges Experiment werden präsentiert.