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Revista de ensino de física

Introdução à criptografia quântica

Gustavo Rigolin, Andrés Anibal Rieznik

Published Dec 1, 2005• 0 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

DOI
10.1590/s0102-47442005000400004

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Introdução à criptografia quântica

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 protocolos.

Revista Brasileira de Ensino de Física•Dec 1, 2005•3 citations

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

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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.

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

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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.

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

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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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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

Criptografia quântica com estados comprimidos da luz

Douglas Delgado de Souza

Neste trabalho, introduzimos um protocolo para a distribuicao quântica de chaves (QKD) que faz uso de tres estados comprimidos da luz: dois estados de bit, utilizados para a transmissao de informacao, e um estado de Isca, utilizado para a deteccao de espionagem. Seu desenvolvimento teve como base o protocolo de P. Horak (H04) para estados comprimidos, que por sua vez consiste de uma generalizacao do protocolo de R. Namiki e T. Hirano (NH03) para estados coerentes. Analisamos sua seguranca considerando dois tipos de ataques: ataque por medida simultânea das quadraturas e ataque por troca do canal por canal superior. Para esta analise utilizamos uma descricao em termos da funcao de Wigner, obtendo a partir dela distribuicoes de probabilidade conjuntas e marginais. Da distribuicao para os estados de Isca definimos uma Medida da Espionagem M, e discutimos sua utilidade para o calculo da taxa de informacao vazada para Eva em cada ataque. Por fim, para o ataque por troca do canal, analisamos o efeito da introducao de um limiar de pos-selecao sobre as informacoes de Bob e Eva, demonstrando que maiores distâncias de transmissao (menores transmissividades) podem ser suportadas pelo protocolo com o aumento deste parâmetro, ao custo de menores taxas de aceitacao de bits Abstract

•Apr 6, 2011•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
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.
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.
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.
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.
[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.
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