Este artigo propõe a integração entre a arquitetura Open RAN e redes de distribuição de chaves quânticas (QKD) definidas por software, visando aprimorar a segurança na troca de chaves criptográficas. A iniciativa introduz uma camada de serviço, denominada O‑QKDN, que automatiza a transferência de chaves por canais quânticos, mitigando vulnerabilidades dos métodos convencionais. A arquitetura integra nós QKD próximos aos componentes Open RAN e emprega SDN para orquestrar a distribuição de chaves em canais críticos, como os links Fronthaul e o enlace entre DU e CU, mantendo conformidade com as especificações da O‑RAN Alliance.
Este artigo propõe a integração entre a arquitetura Open RAN e redes de distribuição de chaves quânticas (QKD) definidas por software, visando aprimorar a segurança na troca de chaves criptográficas. A iniciativa introduz uma camada de serviço, denominada O‑QKDN, que automatiza a transferência de chaves por canais quânticos, mitigando vulnerabilidades dos métodos convencionais. A arquitetura integra nós QKD próximos aos componentes Open RAN e emprega SDN para orquestrar a distribuição de chaves em canais críticos, como os links Fronthaul e o enlace entre DU e CU, mantendo conformidade com as especificações da O‑RAN Alliance.
O avanço da criptografia quântica torna premente o uso de recursos em redes de Distribuição Quântica de Chaves (QKD) de forma eficiência. Sob esse contexto, o atual trabalho apresenta uma nova abordagem de arquitetura para redes QKD em conjunto com Redes Definidas por Software (SDN), utilizando estratégias de roteamento e agendamento voltadas para a utilização consciente de recursos. A proposta dessa arquitetura visa otimizar a alocação de recursos, chaves quânticas e rotas, por meio do controle SDN eficiente, à medida que atende às requisições de aplicações da rede. A eficácia da solução foi avaliada em cenários de aplicação utilizando topologias reais de redes QKD, considerando diferentes padrões de requisições para aplicações de autenticação e criptografia, demonstrando ganhos significativos em eficiência e desempenho. Os resultados demonstram a viabilidade dessa arquitetura em diversos ambientes, destacando seu potencial para melhorar a escalabilidade e eficiência das redes quânticas.
A Distribuição Quântica de Chaves (QKD) é uma técnica criptográfica baseada nos princípios da mecânica quântica, voltada para o estabelecimento seguro de chaves secretas entre partes. Apesar dos avanços na área, ainda existem lacunas importantes para sua adoção prática, especialmente em aplicações como redes privadas virtuais e segurança ponto a ponto. Neste trabalho, propomos uma abordagem para prototipagem de aplicações que utilizam QKD, combinando técnicas de co-simulação entre simuladores quânticos e emuladores de rede. Essa integração permite desenvolver protótipos em um ambiente flexível, sem a necessidade de modificações específicas para suportar uma rede QKD real. Como prova de conceito, implementamos uma aplicação de rede privada e avaliamos sua funcionalidade.
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.
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] Os protocolos de comunicação quântica são essenciais para a transmissão segura de informações, utilizando os princípios da mecânica quântica para alcançar uma segurança inatingível por sistemas criptográficos clássicos. Diferentemente dos métodos tradicionais que dependem de chaves criptográficas convencionais, os protocolos quânticos exploram propriedades únicas dos sistemas quânticos para garantir a segurança da comunicação. No entanto, a implementação prática da distribuição quântica de chaves (QKD) é desafiada por erros introduzidos durante a geração e transmissão de estados quânticos e pela possível presença de espiões. Esta dissertação explora algumas das estratégias mais usadas para estimativa de erros, correção de erros e amplificação de privacidade em sistemas de QKD. Por meio de uma revisão bibliográfica e simulações abrangentes, o estudo avalia as técnicas mais eficazes em cada área. O objetivo final desta análise é desenvolver um método a ser implementado na Rede Rio Quântica, uma rede de comunicação quântica metropolitana que interliga as instituições PUC-Rio, CBPF e UFRJ por meio de fibras ópticas e a UFF através de um canal de espaço livre. Os resultados destacam a importância de otimizar as medidas de correção de erros e privacidade para melhorar a confiabilidade e a segurança das redes de comunicação quântica.
À medida que a criptografia quântica avança, torna-se cada vez mais importante desenvolver métodos que aprimorem a utilização de recursos em redes de Distribuição Quântica de Chaves (QKD). Enfrentando o desafio de agendar e alocar eficientemente as requisições em redes QKD, este estudo propõe uma abordagem para redes QKD multiprotocolo usando estratégias de roteamento e agendamento conscientes de recursos. Nossa proposta foca em melhorar a eficiência no uso de chaves quânticas, rotas e requisições, enquanto suporta vários protocolos de comunicação quântica. Utilizando duas topologias de redes QKD reais, a proposta foi avaliada em dois cenários de aplicação, com diferentes distribuições de requisições de aplicações de autenticação e criptografia. Avaliou-se o impacto da capacidade de qubit e quantidade de requisições. Os resultados demonstram a viabilidade de nossa abordagem em diversos ambientes.