A distribuição quântica de chave secreta está entre uma das principais aplicações práticas da teoria da informação quântica, fazendo uso das leis da mecânica quântica para garantir segurança incondicional na transmissão de informação por meio de estados quânticos e permitindo que duas partes possam compartilhar uma chave secreta de maneira segura sem a necessidade de compartilhamento prévio de informação. Neste trabalho é apresen- tada uma solução de reconciliação de chaves secretas geradas por esquemas de distribuição do tipo CVQKD utilizando o estabelecido protocolo de reconciliação CASCADE. Apesar de tradicionalmente ser aplicado na reconciliação de chaves geradas por esquemas DVQKD, os quais resultam em taxas de erro por bit menores que 0.15, o uso do protocolo CASCADE é viabilizado no contexto das variáveis contínuas por meio de modificações propostas notamanho do bloco inicial e quantidade de passos de reconciliação executados. Este trabalho propõe modificações nos parâmetros fundamentais do protocolo de reconciliação demodo que sejam realizadas (1) a reconciliação completa de chaves que apresentam taxas de erro por bit menores que 0.25 e (2) uma solução de reconciliação parcial para chaves com taxas de erro por bit maiores que 0.25, na qual a quantidade de erros corrigidosdurante o processo de reconciliação é controlada pela quantidade de informação vazada pelo protocolo.
A distribuição quântica de chave secreta está entre uma das principais aplicações práticas da teoria da informação quântica, fazendo uso das leis da mecânica quântica para garantir segurança incondicional na transmissão de informação por meio de estados quânticos e permitindo que duas partes possam compartilhar uma chave secreta de maneira segura sem a necessidade de compartilhamento prévio de informação. Neste trabalho é apresen- tada uma solução de reconciliação de chaves secretas geradas por esquemas de distribuição do tipo CVQKD utilizando o estabelecido protocolo de reconciliação CASCADE. Apesar de tradicionalmente ser aplicado na reconciliação de chaves geradas por esquemas DVQKD, os quais resultam em taxas de erro por bit menores que 0.15, o uso do protocolo CASCADE é viabilizado no contexto das variáveis contínuas por meio de modificações propostas notamanho do bloco inicial e quantidade de passos de reconciliação executados. Este trabalho propõe modificações nos parâmetros fundamentais do protocolo de reconciliação demodo que sejam realizadas (1) a reconciliação completa de chaves que apresentam taxas de erro por bit menores que 0.25 e (2) uma solução de reconciliação parcial para chaves com taxas de erro por bit maiores que 0.25, na qual a quantidade de erros corrigidosdurante o processo de reconciliação é controlada pela quantidade de informação vazada pelo protocolo.
Os protocolos de distribuição quântica de chave secreta (QKD) possibilitam que duas partes geograőcamente distantes possam compartilhar e gerar sequências aleatórias e incondicionalmente seguras, uma tarefa para a qual não há contrapartida clássica e é possível pelas leis da mecânica quântica. Nas últimas décadas, tem sido de interesse o desenvolvimento e estudo dos protocolos deőnidos pela modulação não gaussiana (discreta) de estados coerentes (DM-CVQKD), os quais são compatíveis com dispositivos e arquiteturas usuais de comunicações ópticas, permitindo o compartilhamento de chaves em redes ópticas existentes. Nesta tese de doutorado, foram analisados os efeitos resultantes do uso de esquemas ótimos de modulação discreta no desempenho e segurança de protocolos DM-CVQKD. O primeiro resultado mostrado é que, sob a hipótese de ataques coletivos gaussianos, os esquemas de modulação que atingem a capacidade do canal gaussiano nas comunicações clássicas apresentam um comportamento análogo quando aplicados em protocolos DM-CVQKD. Em particular, foi identiőcada a necessidade de formatação probabilística para que um esquema de modulação discreta tenha desempenho próximo ao da modulação gaussiana, assim como a distribuição não uniforme de pontos no plano complexo para constelações com mais de 232 pontos. Voltando a atenção para a compatibilidade entre os protocolos QKD e a arquitetura de formatação probabilística de constelação, a susceptibilidade de geração de símbolos correlacionados foi discutida e um protocolo de reconciliação foi apresentado. Também foram desenvolvidos resultados relacionando a convergência de variáveis aleatórias e a convergência dos operadores de densidade induzidos pelas variáveis aleatórias. Dessa maneira, foi mostrado que o operador densidade que representa uma constelação converge fracamente para o estado térmico se a sequência de variáveis aleatórias que representa a constelação converge em distribuição para a distribuição normal. Como consequência, a łnão gaussianidadež da constelação se aproxima de zero conforme a cardinalidade da constelação aumenta, assim como a diferença entre as taxas de chave do protocolo com modulação não gaussiana e seu equivalente gaussiano, sendo uma garantia de que o limitante inferior da taxa de chave secreta usualmente utilizado nas provas de segurança é justo se a constelação for grande o bastante. Por őm, foram apresentadas três proposições sobre a convergência (na norma do traço) das constelações de estados coerentes: um limitante para o erro de aproximação através da redução da dimensão do espaço de Hilbert (teste de energia), sobre a convergência do espectro de autovalores e autovetores, e a convergência da puriőcação da constelação de estados coerentes.
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.
[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.
Resumo-Este artigo apresenta uma soluc ¸ão alternativa ao uso das func ¸ões Slice para reconciliac ¸ão de variáveis aleatórias contínuas em um contexto de gerac ¸ão de chaves secretas para fins de criptografia.O protocolo de reconciliac ¸ão proposto baseia-se na func ¸ão distribuic ¸ão de probabilidade das variáveis aleatórias e se mostra um método competitivo por sua capacidade de gerar a mesma quantidade de bits que o esquema atualmente em uso, com uma vantagem de menor iteratividade.O processo de correc ¸ão de erros é feito com base no uso de códigos LDPC a partir de uma compressão da sequência de bits a ser utilizada como chave, fundamentado no teorema de Slepian-Wolf, minimizando a informac ¸ão vazada pelo canal clássico -assumido perfeitopara um possível espião que observa o canal.
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
Este trabalho apresenta uma solução alternativa ao uso das funções Slice para reconciliação de variáveis aleatórias contínuas em um contexto de geração de chaves secretas para fins de cripto- grafia. O protocolo de reconciliação proposto baseia-se na função distribuição de probabilidade das variáveis aleatórias e se mostra um método competitivo por sua capacidade de produzir maior quantidade de bits por cada realização de variável contínua que o esquema atualmente em uso, para baixos valores de SNR, com uma vantagem de menor iteratividade. O processo de correção de erros é feito com base no uso de códigos LDPC a partir de uma compressão da sequência de bits a ser utilizada como chave, fundamentado no teorema de Slepian-Wolf, minimizando a informação vazada pelo canal clássico – assumido perfeito – para um possível espião que observa o canal.