Science-based technologies

COMPARATIVE ANALYSIS OF QUANTUM KEY DISTRIBUTION SYSTEMS

Sergiy O. Gnatyuk

Published Aug 9, 2013• 3 citations

Abstract

Quantum cryptography has attracted considerable interest among specialists in information security. The overwhelming majority of research projects in quantum cryptography are related to the development of quantum key distribution protocols. Absence of generalized classification & systematization makes it difficult to estimate the level of the latest achievements and does not allow using quantum technologies with full efficiency. From this viewpoint the analysis of existed quantum key distribution systems, basic protocols, strengths & weaknesses, its implementation prospects was carried out in the paper. It gives a possibility to formalize some actual problems of quantum key distribution systems and outline the ways of its solving. Квантова криптографія викликає значний інтерес серед фахівців у галузі інформаційної безпеки. Переважна більшість дослідницьких проектів у галузі квантової криптографії пов’язані з розробкою протоколів квантового розподілу ключів. Відсутність узагальненої класифікації та систематизації ускладнює процес оцінки рівня останніх досягнень і не дозволяє ефективно використовувати квантові технології. З цієї точки зору у статті виконано аналіз існуючих систем квантового розподілу ключів, базових протоколів, переваг та недоліків, перспектив їх впровадження. Це дозволяє формалізувати деякі актуальні проблеми систем квантового розподілу ключів і окреслити шляхи їх вирішення.

DOI: 10.18372/2310-5461.17.4761

Related papers

Contemporary commercial quantum information security systems

Sergiy O. Gnatyuk, Мирослав Олександрович Рябий, Тетяна Олександрівна Жмурко

Quantum cryptography has attracted considerable interest among specialists in information security. The overwhelming majority of research projects in quantum \ncryptography are related to the development of quantum key distribution protocols. Absence of generalized classification & systematization makes it difficult to estimate the level of the latest achievements and does not allow using quantum technologies with full efficiency. From this viewpoint the analysis of existed quantum key distribution systems, strengths & weaknesses, its implementation prospects was carried out in \nthe paper. It gives a possibility to formalize some actual problems of quantum key distribution systems and outline the ways of its solving.

Jan 1, 20130 citations

ANALYSIS OF QUANTUM SECURE DIRECT COMMUNICATION PROTOCOLS

Тетяна Охріменко, Serhii Dorozhynskyi, Bohdan Horbakha

The development of modern computer technologies endangers the confidentiality of information, which is usually ensured by traditional cryptographic means. This circumstance forces us to look for new methods of protection. In view of modern trends, quantum cryptography methods can become such alternatives, which allow solving a number of important cryptographic problems, for which the impossibility of solving using only classical (that is, non-quantum) communication has been proven. Quantum cryptography is a branch of quantum informatics that studies methods of protecting information by using quantum carriers. The possibility of such protection is ensured by the fundamental laws of quantum mechanics. One of the promising directions of quantum cryptography is Quantum Secure Direct Communication (QSDC) that offers secure communication without any shared key. A characteristic feature of this method is the absence of cryptographic transformations, accordingly, there is no key distribution problem. The purpose of this work is a general overview of quantum cryptography protocols, finding their weak points for further development and improvement, as well as identifying vulnerabilities to different attacks. The article analyzes new methods and protocols, as well as presents their advantages and disadvantages. Based on partial generalizations of theoretical provisions and practical achievements in the field of quantum cryptography, a generalized classification was developed. By comparing various factors of the protocols, and their resistance to certain cyberattacks, we have the opportunity to identify several problems in this field and expand the possibilities for choosing appropriate methods for building modern quantum information protection systems. In accordance with this, conclusions were presented regarding the use of protocols and increasing the level of their effectiveness.

Computer Systems and Information TechnologiesMar 30, 20230 citations

ОПТИМІЗАЦІЯ ПЕРЕДАЧІ ДАНИХ У ВОЛОКОННО-ОПТИЧНИХ СИСТЕМАХ ЗА ДОПОМОГОЮ КВАНТОВОЇ КРИПТОГРАФІЇ

Іван Скрипніченко, Myroslav Strynadko

В статті досліджено питання оптимізації передачі даних у волоконно-оптичних системах шляхом застосування квантової криптографії, зокрема протоколу квантового розподілу ключів (QKD). Розглядаються основні переваги і виклики квантової криптографії, її роль в покращенні таких характеристик, як безпека, надійність, пропускна здатність, і зменшення енергоспоживання. Квантова криптографія забезпечує фундаментально новий рівень безпеки, заснований на фізичних принципах квантової механіки, що дозволяє виявляти будь-які спроби перехоплення інформації в реальному часі. Це забезпечує високу надійність передачі даних та захист від квантових обчислень, які здатні зламувати класичні алгоритми шифрування. Впровадження квантової криптографії також сприяє оптимізації ресурсів шляхом зменшення потреби у використанні складних криптографічних протоколів, що в свою чергу підвищує швидкість передачі даних. Незважаючи на значні переваги, існують певні виклики, пов'язані з необхідністю використання спеціалізованого обладнання та обмеженою дальністю передачі сигналу. Стаття аналізує перспективи та можливості використання квантової криптографії у волоконно-оптичних системах як ефективного інструменту для забезпечення високого рівня безпеки інформації.

Молодий вченийDec 30, 20240 citations

An Overview of Quantum Key Distribution Protocols

Anastasija Trizna, Andris O. Ozols

Quantum key distribution (QKD) is the objects of close attention and rapid progress due to the fact that once first quantum computers are available – classical cryptography systems will become partially or completely insecure. The potential threat to today’s information security cannot be neglected, and efficient quantum computing algorithms already exist. Quantum cryptography brings a completely new level of security and is based on quantum physics principles, comparing with the classical systems that rely on hard mathematical problems. The aim of the article is to overview QKD and the most conspicuous and prominent QKD protocols, their workflow and security basement. The article covers 17 QKD protocols and each introduces novel ideas for further QKD system improvement.

Information Technology and Management ScienceDec 13, 201819 citations

Квантовые системы распределения ключей: физические основы, протоколы, перспективы применения

Лойко Валерий Иванович, Хисамов Франгиз Гильфанетдинович, Бобылев Михаил Владимирович +1 more

The aim of the article is to analyze existing quantum distribution systems, their facilities, physical bases of quantum objects behavior used in quantum distribution systems and protocols of quantum keys distribution

Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университетаJan 1, 20160 citations

РОЗВИТОК КВАНТОВОГО ЗВ’ЯЗКУ ТА ЙОГО РОЛЬ У ЗАБЕЗПЕЧЕННІ НАДІЙНОЇ ПЕРЕДАЧІ ДАНИХ

Віталій Дроздюк

РОЗВИТОК КВАНТОВОГО ЗВ'ЯЗКУ ТА ЙОГО РОЛЬ У ЗАБЕЗПЕЧЕННІ НАДІЙНОЇ ПЕРЕДАЧІ ДАНИХ Анотація.У статті розглядається актуальність розвитку квантового зв'язку як ключового елемента забезпечення безпечної передачі даних у сучасному світі.Зростання обсягів інформації та зростаючі кіберзагрози вимагають інноваційних підходів до криптографії, особливо в умовах впровадження квантових комп'ютерів.Квантовий зв'язок, заснований на принципах квантової механіки, пропонує ефективні рішення, такі як квантова криптографія, що дозволяє автоматично виявляти спроби перехоплення сигналу.Огляд останніх досліджень висвітлює досягнення в галузі квантового розподілу ключів (QKD), квантових повторювачів та інтеграції із супутниковими системами.Особливо увага приділяється експериментам, які продемонстрували передачу квантових ключів на відстань понад 1200 км за допомогою супутника «Мо-цзи».Також розглядається роль квантової заплутаності у підвищенні стійкості до зовнішнього шуму та перспективи впровадження фотонних чіпів і оптоволоконних систем.Додатково висвітлюються практичні аспекти застосування квантового зв'язку у фінансовій сфері, де технологія використання для захисту міжбанківських транзакцій у Швейцарії, а також у оборонній галузі, де квантові мережі забезпечують захищену комунікацію між стратегічними об'єктами.Стаття також аналізує порівняння між класичною та універсальною архітектурою квантової криптографії.Пропонується концепція гнучкого програмного забезпечення, здатного інтегрувати нові криптографічні ядра без модифікацій апаратної інфраструктури.Розробка таких систем сприяння швидкій адаптації до нових викликів у сфері безпеки.Розглянуто перспективи використання квантових повторювачів для подолання обмежень у відстанях передачі сигналу та впровадження інтегрованих супутникових систем.Відзначено, що ключовими викликами залишаються висока вартість обладнання, складність стандартизації протоколів та потреба у значних інвестиціях.У підсумку зазначається, що квантовий зв'язок здатний стати основою для глобальної телекомунікаційної інфраструктури, яка забезпечить безпрецедентний рівень безпеки та надійність передачі даних у майбутньому.

Наука і техніка сьогодніJan 4, 20250 citations