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Revista Brasileira de Ensino de Física

Introdução à criptografia quântica

Gustavo Rigolin, Andrés Anibal Rieznik

Published Dec 1, 2005• 3 citations
Publisher

Abstract

Apresentamos de maneira detalhada os quatro protocolos de distribuição de chaves que fundaram a importante área da criptografia quântica, numa linguagem acessível a alunos de graduação em Física. Começamos pelo protocolo BB84, o qual se utiliza de estados de polarização de fótons para transmitir chaves criptográficas. Em seguida, apresentamos o protocolo E91, que faz uso de singletos para gerar uma seqüência de números aleatórios. Finalizamos este artigo apresentando o protocolo BBM92 e o B92, os quais podem ser vistos como simplificações dos dois primeiros protocolos.

DOI
10.1590/s1806-11172005000400004

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Gustavo Rigolin, Andrés Anibal Rieznik

Apresentamos de maneira detalhada os quatro protocolos de distribuição de chaves que fundaram a importante área da criptografia quântica, numa linguagem acessível a alunos de graduação em Física.Começamos pelo protocolo BB84, o qual se utiliza de estados de polarização de fótons para transmitir chaves criptográficas.Em seguida, apresentamos o protocolo E91, que faz uso de singletos para gerar uma seqüência de números aleatórios.Finalizamos este artigo apresentando o protocolo BBM92 e o B92, os quais podem ser vistos como simplificações dos dois primeiros

Revista de ensino de física•Dec 1, 2005•0 citations

Introdu»c~ao µ criptografla qu^antica (Introduction to quantum cryptography)

Gustavo Rigolin

Recebido em 16/6/2005; Aceito em 6/10/2005Apresentamos de maneira detalhada os quatro protocolos de distribui»c~ao de chaves que fundaram a impor-tante area da criptografla qu^antica, numa linguagem acess¶‡vel a alunos de gradua»c~ao em F¶‡sica. Come»camos peloprotocolo BB84, o qual se utiliza de estados de polariza»c~ao de f¶otons para transmitir chaves criptogr¶aflcas. Emseguida, apresentamos o protocolo E91, que faz uso de singletos para gerar uma sequ˜^encia de numeros¶ aleat¶orios.Finalizamos este artigo apresentando o protocolo BBM92 e o B92, os quais podem ser vistos como simpliflca»c~oesdos dois primeiros protocolos.Palavras-chave: criptografla qu^antica, teoria qu^antica da informa»c~ao, emaranhamento.We show in details the four quantum key distribution protocols which initiated the important fleld of quantumcryptography, using an accessible language for undergraduate students. We begin presenting the BB84 protocol,which uses polarization states of photons in order to transmit cryptographic keys. Thereupon we show the E91protocol, whose security is based on the use of singlet states to generate a random sequence of bits. We end thepaper with the BBM92 and the B92 protocol. These last two protocols can be seen as simplifled versions of theflrst two.Keywords: quantum cryptography, quantum information theory, entanglement.

•Jan 1, 2005•0 citations

Simulação do protocolo BB84 de criptografia quântica utilizando um feixe laser intenso

A.L.P. Camargo, Letícia O. R. Pereira, W. F. Balthazar +1 more

Neste trabalho apresentamos um experimento muito simples explorando a polarização de um feixe laser intenso para simular a distribuição de uma chave criptográfica através do protocolo BB84 de criptografia quântica. Nossa proposta está baseada na analogia entre graus de liberdade de um feixe laser com estados quânticos da luz, muito discutida atualmente. A proposta utiliza duas bases de polarização linear, que é o ingrediente original do protocolo proposto por Bennet e Brassard. Dessa forma, o experimento permite um entendimento direto do princípio de funcionamento do protocolo. O experimento pode ser realizado em laboratórios didáticos dos cursos de graduação em Física e Engenharias bem como em espaços de divulgação científica. Além disso, os resultados mostram que o experimento apresenta um ambiente muito propício para discussão sobre a diferença entre propriedades clássicas e quânticas da luz.

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Um tutorial sobre Distribuição Quântica de Chaves: dos fundamentos às tecnologias modernas

Vitor Lucas O. Sena, Fernando de Melo, Micael Andrade Dias +2 more

Resumo A física quântica marca um novo paradigma no desenvolvimento de tecnologias – nesse contexto, este trabalho apresenta um panorama acerca da Distribuição Quântica de Chaves (QKD). Partindo dos conceitos clássicos de criptografia e da ameaça iminente de computadores quânticos capazes de quebrar algoritmos de segurança amplamente utilizados, como o RSA, exploramos como a QKD aproveita propriedades intrínsecas da mecânica quântica – superposição, medidas em bases conjugadas e emaranhamento – para gerar chaves criptográficas seguras. Discutimos os primeiros protocolos com modelagem discreta (BB84, E91) detalhando cada etapa de pós-processamento: estimação de parâmetros, correção de erros e amplificação de privacidade; além de elaborarmos sobre as noções básicas de como avaliar segurança nesse contexto. Abordamos também técnicas modernas, como QKD em variáveis contínuas e (semi-)independente de dispositivos, que apresentam algumas vantagens frente às técnicas tradicionais. Com uma linguagem acessível e exemplos práticos, este tutorial convida o leitor a mergulhar na criptografia quântica e dar os primeiros passos para compreender a área de Distribuição Quântica de Chaves. Dessa forma, visamos fomentar a formação de uma nova geração de pesquisadores nesta área, dada as crescentes iniciativas de redes quânticas em desenvolvimento no Brasil.

Revista Brasileira de Ensino de Física•Jan 1, 2025•2 citations

ESQUEMAS DE MODULAÇÃO PARA DISTRIBUIÇÃO QUÂNTICA DE CHAVES COM CODIFICAÇÃO DE FREQÜÊNCIA

GUILHERME BARRETO XAVIER

[pt] A criptografia quântica foi proposta como uma solução para o problema da distribuição de chaves criptográficas com segurança total garantida pelos princípios da mecânica quântica. Através dessa técnica é possível saber se um espião tentou interceptar a transmissão, o que é impossível utilizando técnicas de transmissão clássicas. Nesse trabalho foi feito um breve resumo da teoria de criptografia quântica, de suas técnicas de transmissão e dos problemas tecnológicos enfrentados. Foi analisada em detalhes a técnica de transmissão de qubits utilizando codificação de freqüência e feita uma comparação dos diferentes esquemas de modulação frente aos protocolos BB84 e B92. Foi demonstrado que os dois esquemas de modulação existentes (AM-AM e PM-PM) são na realidade equivalentes e foi proposto um novo esquema, o AM-PM o único que suporta o protocolo BB84 clássico. Medidas foram realizadas classicamente nos formatos AM-AM e AM-PM.

•Feb 24, 2005•0 citations

Distribuição quântica de chaves: um estudo sobre a geração quântica de chaves criptográficas clássicas

Gabriel Moysés Delfino

Resumo A criptografia clássica utiliza suposições de dificuldade computacional, como a fatoração de grandes números, para garantir segurança na comunicação. Tal uso pode ser comprometido por avanços de hardware ou software, como a implementação do algoritmo de Shor pela computação quântica. O trabalho em tela explora a segurança da criptografia quântica atrelada inteiramente às leis da mecânica quântica, em um contexto no qual busca-se gerar, de forma segura, chaves clássicas por meios quânticos com a Distribuição Quântica de Chaves para posterior uso em algoritmos como o one-time-pad. A pesquisa teve foco na QKD dependente de equipamentos, mais especificamente dentro da categoria de preparação e medição, contemplando implementações práticas do protocolo de seis estados feitas no IBM Quantum Experience platform. Explora-se cenários ideais, ruidosos, com e sem adversários, analisando os resultados através do QBER. O trabalho abrange ainda conceitos sobre os procedimentos de pós-processamento de reconciliação da informação e amplificação privada, mencionando eventuais ataques quânticos e suas contramedidas, citando a distribuição quântica de chaves independente de dispositivos como uma das possíveis abordagens de solução.

•Feb 29, 2024•0 citations
Apresentamos de maneira detalhada os quatro protocolos de distribuição de chaves que fundaram a importante área da criptografia quântica, numa linguagem acessível a alunos de graduação em Física. Começamos pelo protocolo BB84, o qual se utiliza de estados de polarização de fótons para transmitir chaves criptográficas. Em seguida, apresentamos o protocolo E91, que faz uso de singletos para gerar uma seqüência de números aleatórios. Finalizamos este artigo apresentando o protocolo BBM92 e o B92, os quais podem ser vistos como simplificações dos dois primeiros protocolos.
Apresentamos de maneira detalhada os quatro protocolos de distribuição de chaves que fundaram a importante área da criptografia quântica, numa linguagem acessível a alunos de graduação em Física.Começamos pelo protocolo BB84, o qual se utiliza de estados de polarização de fótons para transmitir chaves criptográficas.Em seguida, apresentamos o protocolo E91, que faz uso de singletos para gerar uma seqüência de números aleatórios.Finalizamos este artigo apresentando o protocolo BBM92 e o B92, os quais podem ser vistos como simplificações dos dois primeiros
Recebido em 16/6/2005; Aceito em 6/10/2005Apresentamos de maneira detalhada os quatro protocolos de distribui»c~ao de chaves que fundaram a impor-tante area da criptografla qu^antica, numa linguagem acess¶‡vel a alunos de gradua»c~ao em F¶‡sica. Come»camos peloprotocolo BB84, o qual se utiliza de estados de polariza»c~ao de f¶otons para transmitir chaves criptogr¶aflcas. Emseguida, apresentamos o protocolo E91, que faz uso de singletos para gerar uma sequ˜^encia de numeros¶ aleat¶orios.Finalizamos este artigo apresentando o protocolo BBM92 e o B92, os quais podem ser vistos como simpliflca»c~oesdos dois primeiros protocolos.Palavras-chave: criptografla qu^antica, teoria qu^antica da informa»c~ao, emaranhamento.We show in details the four quantum key distribution protocols which initiated the important fleld of quantumcryptography, using an accessible language for undergraduate students. We begin presenting the BB84 protocol,which uses polarization states of photons in order to transmit cryptographic keys. Thereupon we show the E91protocol, whose security is based on the use of singlet states to generate a random sequence of bits. We end thepaper with the BBM92 and the B92 protocol. These last two protocols can be seen as simplifled versions of theflrst two.Keywords: quantum cryptography, quantum information theory, entanglement.
Neste trabalho apresentamos um experimento muito simples explorando a polarização de um feixe laser intenso para simular a distribuição de uma chave criptográfica através do protocolo BB84 de criptografia quântica. Nossa proposta está baseada na analogia entre graus de liberdade de um feixe laser com estados quânticos da luz, muito discutida atualmente. A proposta utiliza duas bases de polarização linear, que é o ingrediente original do protocolo proposto por Bennet e Brassard. Dessa forma, o experimento permite um entendimento direto do princípio de funcionamento do protocolo. O experimento pode ser realizado em laboratórios didáticos dos cursos de graduação em Física e Engenharias bem como em espaços de divulgação científica. Além disso, os resultados mostram que o experimento apresenta um ambiente muito propício para discussão sobre a diferença entre propriedades clássicas e quânticas da luz.
Resumo A física quântica marca um novo paradigma no desenvolvimento de tecnologias – nesse contexto, este trabalho apresenta um panorama acerca da Distribuição Quântica de Chaves (QKD). Partindo dos conceitos clássicos de criptografia e da ameaça iminente de computadores quânticos capazes de quebrar algoritmos de segurança amplamente utilizados, como o RSA, exploramos como a QKD aproveita propriedades intrínsecas da mecânica quântica – superposição, medidas em bases conjugadas e emaranhamento – para gerar chaves criptográficas seguras. Discutimos os primeiros protocolos com modelagem discreta (BB84, E91) detalhando cada etapa de pós-processamento: estimação de parâmetros, correção de erros e amplificação de privacidade; além de elaborarmos sobre as noções básicas de como avaliar segurança nesse contexto. Abordamos também técnicas modernas, como QKD em variáveis contínuas e (semi-)independente de dispositivos, que apresentam algumas vantagens frente às técnicas tradicionais. Com uma linguagem acessível e exemplos práticos, este tutorial convida o leitor a mergulhar na criptografia quântica e dar os primeiros passos para compreender a área de Distribuição Quântica de Chaves. Dessa forma, visamos fomentar a formação de uma nova geração de pesquisadores nesta área, dada as crescentes iniciativas de redes quânticas em desenvolvimento no Brasil.
[pt] A criptografia quântica foi proposta como uma solução para o problema da distribuição de chaves criptográficas com segurança total garantida pelos princípios da mecânica quântica. Através dessa técnica é possível saber se um espião tentou interceptar a transmissão, o que é impossível utilizando técnicas de transmissão clássicas. Nesse trabalho foi feito um breve resumo da teoria de criptografia quântica, de suas técnicas de transmissão e dos problemas tecnológicos enfrentados. Foi analisada em detalhes a técnica de transmissão de qubits utilizando codificação de freqüência e feita uma comparação dos diferentes esquemas de modulação frente aos protocolos BB84 e B92. Foi demonstrado que os dois esquemas de modulação existentes (AM-AM e PM-PM) são na realidade equivalentes e foi proposto um novo esquema, o AM-PM o único que suporta o protocolo BB84 clássico. Medidas foram realizadas classicamente nos formatos AM-AM e AM-PM.
Resumo A criptografia clássica utiliza suposições de dificuldade computacional, como a fatoração de grandes números, para garantir segurança na comunicação. Tal uso pode ser comprometido por avanços de hardware ou software, como a implementação do algoritmo de Shor pela computação quântica. O trabalho em tela explora a segurança da criptografia quântica atrelada inteiramente às leis da mecânica quântica, em um contexto no qual busca-se gerar, de forma segura, chaves clássicas por meios quânticos com a Distribuição Quântica de Chaves para posterior uso em algoritmos como o one-time-pad. A pesquisa teve foco na QKD dependente de equipamentos, mais especificamente dentro da categoria de preparação e medição, contemplando implementações práticas do protocolo de seis estados feitas no IBM Quantum Experience platform. Explora-se cenários ideais, ruidosos, com e sem adversários, analisando os resultados através do QBER. O trabalho abrange ainda conceitos sobre os procedimentos de pós-processamento de reconciliação da informação e amplificação privada, mencionando eventuais ataques quânticos e suas contramedidas, citando a distribuição quântica de chaves independente de dispositivos como uma das possíveis abordagens de solução.