Altıgen Bor Nitrür Kusur Merkezlerinden Elde Edilen Tek-fotonlar ile Kuantum Kriptoloji

Kıvanç Uyanık, Görkem Mutlu, Özgür Çakır, Serkan Ateş

Published Jan 1, 2021• 0 citations

Abstract

Kuantum anahtar dağıtımı (KAD) kuantum mekaniğinin temel yasalarına dayalı güvenli bilgi teknolojileri kapsamında önerilmiş birçok uygulama arasında pratik kullanıma en yakın olanıdır. KAD iki kullanıcı arasında güvenli bilgi paylaşımı için kullanılan anahtarın üretilmesini ve dağıtılmasını sağlar. KAD sistemlerinin çalışma prensibinin ve sağladığı güvenliğin temelinde anahtarın tek fotonlar üzerinden kullanıcılar arasında dağıtılması vardır. Bu sebeple, verimli tek foton kaynakları KAD sistemleri için kritik öneme sahiptir. Literatürde farklı tek-foton kaynakları ile KAD gösterimleri mevcuttur ancak elde edilen anahtar üretim oranları ve güvenlik seviyeleri tek-foton kaynaklarının performanslarından kaynaklanan sebeplerle istenilen değerlere ulaşamamıştır. Bu sebeple, özellikle oda sıcaklığında ışıyan verimli tek-foton kaynaklarına yönelik araştırmalar yoğun bir şekilde devam etmektedir. Bu projede alternatif olarak son zamanlarda popüler olan altigen bor nitrür (hBN) içerisindeki kusur merkezleri KAD için tek-foton kaynağı olarak çalışıldı. HBN bilinen diğer iki boyutlu malzemelerden farklı olarak sahip olduğu geniş bant aralığı sayesinde (~5.5 eV) farklı enerji değerlerine sahip kusur merkezleri barındırır. Böylece, mor-ötesinden görünür bölgeye kadar olan geniş bir spektrumda tek-foton ışıması elde edilebilir. Ayrıca, hBN kusur merkezlerinden elde edilen tek-foton ışımasını 800 K gibi çok yüksek sıcaklıklarda da gözlemlemek mümkündür. Bütün bu özellikleri nedeniyle hBN malzemesinin kuantum bilgi teknolojileri, metroloji ve sensör teknolojileri gibi farklı alanlarda ve farklı ortam koşullarında kullanılabileceği düşünülmektedir. Bu proje kapsamında hBN içerisindeki kusur merkezlerinden elde edilen sıfır-fonon çizgisi (ZPL) ışımasının kuantum optik özelliklerinin incelendi ve bu yapılar ile ilk defa B92 protokolüne dayalı açık-hava KAD gösterimi yapıldı.

Related papers

Hatalar ile Öğrenme Tabanlı Anahtar Kapsülleme Protokolleri İçin Uygulama Atakları ve Savunma Yöntemleri

Bılge Kağan Yazar, Erdem Alkım

Şifreleme sistemleri gizli değerlerin korunmasını sağlamakta olan sistemlerdir. Bu sistemlere karşı son yıllarda kuantum bilgisayarlar üzerinde çok sayıda araştırmalar yapılmaktadır. Yeterli işlem kapasitesine sahip kuantum bilgisayarlar üretildiğinde günümüzde kullanılmakta olan açık anahtarlı şifreleme sistemlerinin güvensiz duruma geleceği düşünülmektedir. Bu durum internet üzerindeki haberleşmenin güvenliğini tehlikeye atmaktadır. Bu durumdan dolayı, kuantum bilgisayarlara karşı güvenli sistemlerin oluşturulması için kuantum bilgisayarların günlük hayata girmesinin beklenmemesi gerektiği düşünülmektedir. NIST bu doğrultuda hem günümüz hem de kuantum bilgisayarlardan gelecek ataklara karşı dayanıklı kriptosistemlerin üretilmesi için bir standartlaştırma proje başlatmıştır. Bu süreçte birçok sistem önerilmiştir. Kafes tabanlı sistemler en çok gelecek vadeden sistemler olarak ön plana çıkmıştır. Kafes tabanlı kriptosistemler kafes yapısı üzerinde tanımlı olan LWE gibi problemlerin çözümlerinin zorluğuna dayanarak önerilmiş olan sistemlerdir. Fakat yan kanal saldırıları ile kriptografik sistemler çalışırken çıkan bilgiler toplanarak gizli anahtar hakkında bilgi edinilebilmektedir. Bu durumdan dolayı NIST kuantum bilgisayarlara karşı dayanıklı şifreleme sistemleri için yaptığı çağrının yanı sıra, yapılacak sistemlerin minimum maliyetle yan kanal saldırılarına karşı dayanıklı olmasını gerektiğini söylemiştir. 2016 yılında Bindel ve arkadaşlarının yaptıkları bir çalışmada uygulama atağı olarak sınıflandırılan ve bir yan kanal saldırı çeşidi olan hata ataklarını önermişlerdir. 2018 yılında Han ve arkadaşları yaptıkları bir çalışmada, 2016 yılında önerilen yöntemleri kullanarak Lizard protokolünde gizli anahtarı elde edebildiklerini söylemişlerdir ve bu ataklara karşı alınabilecek önlemlerden bahsetmişlerdir. Bu çalışmada; önceden yapılan çalışmalarda önerilenler ve kriptosistemlerin uygulamalarında olması gereken özellikler doğrultusunda Lizard protokolünün uygulaması üzerinde yapılan değişikliklerden ve bu değişikliklerin uygulama üzerindeki etkilerinden bahsedilmiştir. Protokolün uygulamasının güvenliği artırılmış ve gerçekleştirilen bazı hata ataklarına karşı önlem alınmıştır. Yapılan değişikliklerden sonra protokolün çalışma süresinde hızlanma olduğu gözlemlenmiştir.

European Journal of Science and TechnologyMar 29, 20200 citations

Kuantum Uyarlamalı Genetik Algoritmalar için Çözüm Kalitesini Artıracak Yeni Bir Yaklaşım

Hasan Yetış, Mehmet Karaköse

Günümüzde kullanımları oldukça kısıtlı olan kuantum bilgisayarlar, sahip oldukları hesaplama gücü potansiyelleri sebebiyle birçok araştırma alanı için heyecan verici olarak karşılanmaktadır. Kuantum bilgisayarların yanında, süper pozisyon ve dolanıklık gibi kuantum hesaplamada kullanılan terimler de klasik algoritmalara uyarlanarak mevcut yöntemlerin kuantum uyarlamaları geliştirilmektedir. Bu çalışmada kuantum uyarlamalı genetik algoritmalar ile elde edilen çözümün kalitesini artırmak adına yeni bir yaklaşım önerilmiştir. Önerilen yaklaşım, kuantum popülasyonun gözlemlenmesi ve çözüm adayının elde edilmesi işlemini, önceki çözümlerin uygunluğunu da hesaba katarak gerçekleştirmektedir. Önerilen yaklaşım ile gözlem işlemi sonucunda daha iyi çözümün elde edilme olasılığının artırılması amaçlanmıştır. Önerilen yaklaşımın, yakınsama hızını arttığı ve çözüm kalitesinde yaklaşık 12% civarında bir iyileşme sağladığı deneysel çalışmalar ile gösterilmiştir. Gerçekleştirilen çalışma, mevcut optimizasyon yöntemini daha verimli hale getirmesinin yanında, bu algoritmaların tamamen kuantum bilgisayarlarda çalışabilecek versiyonlarının geliştirilmesi aşaması için de büyük önem arz etmektedir.

Fırat Üniversitesi Mühendislik Bilimleri DergisiFeb 15, 20215 citations

DİK EŞLEŞTİRME ARAYIŞ YÖNTEMİ İLE HİBRİT VERİ SIKIŞTIRMA VE OPTİKSEL KRİPTOGRAFİ

Yük.müh.ertan ATAR, Okan K. Ersoy, YARD.DOÇ.DR.LALE ÖZYILMAZ

Sıkıştırılmış Algılama (SA), son zamanlarda veri boyutunun ve sensör sistemlerinin azaltılması gibi çok fazla uygulamayı mümkün kılmasından dolayı çok önemli bir araştırma alanı olmuştur. Datayı önce elde edip, onu sonra sıkıştırması yerine sıkıştırılmış algılamada veri, sıkıştırılmış formda işlem görmektedir. Bu uygulama sensör sayısının azaltılmasına neden olmaktadır. Bu çalışmada eş zamanlı sıkıştırılmış algılama ile yeni bir kriptografi uygulaması ve bu sayede haberleşme alanındaki önemli iki problem olan efektif/etkin/verimli işaret işleme ve bu işareti güvenli olarak iletme konularına alternatif çözüm araştırması amaçlanmıştır. Bu çalışmada sıkıştırılmış algılama için Dik Eşleştirme Arayış (DEA) algoritması kullanılmıştır. Daha sonra, hem sıkıştırma hem de şifreleme başarmak için SA-DEA algoritması ile çift rastgele faz şifreleme (DRPE) yöntemi birleştirilmiştir. Yüksek güvenlik elde etmek için sıkıştırılmış algılamada ve DRPE metodunda kullanılan anahtarlar alıcıya asimetrik kriptografi metodu ile iletilmiştir. DRPE simetrik optiksel şifreleme metodu olduğundan tüm kriptografik sistem, hibrit optiksel sistem (hem simetrik hem de asimetrik) olarak çalışmaktadır.

Gazi Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi DergisiMar 23, 20171 citation

Kuantum Revizyonu

Furkan Akkaya

Kuantum fiziği, elde edilen gelişmeler ile teknoloji alanına hizmet etme kapasitesi olduğunu kanıtlamıştır. Bu alanlardan en önemlilerinden birisi de askeri kullanım alanlarıdır. NATO bünyesinde de bu teknolojinin gelecek muharebe ortamının bir parçası haline gelmesi için müttefikler arasında iş birliği için stratejiler üretilmiştir. Bununla birlikte kuantum teknolojilerinin kullanımında hassasiyet ve altyapı gibi temel kısıtlar bulunmaktadır. Sistemin atom altı boyutta çalışıyor olması dış etkenlere karşı hassasiyeti muharebe ortamında uygulanmasını kısıtlayan bir etken haline gelmiştir. İkinci olarak sistemlerin hassasiyetinden ve uygulamanın güncel teknoloji ile gerçekleşmesinin güç olması sistemlerin kurulumundaki altyapı sorunun oluşmasına neden olmaktadır. Silahlı kuvvetlerin böyle bir değişime adaptasyonunu sağlaması için geçmiş teknolojik gelişmelere karşı yapmış olduğu doktrin ve teşkilat revizyonlarından farklı adımlar atması gerekmektedir. Kuantum revizyonu, silahlı kuvvetlerin adaptasyon sağlaması için kuantum teknolojilerinin askeri kullanım alanlarının araştırılarak bu alanlara karşı değişimde izlenilecek yolun araştırıldığı revizyon konseptidir.

Savunma Bilimleri DergisiSep 25, 20240 citations

Türkiye'de Kuantum Öğrenme Üzerine Yapılmış Lisansüstü Tezlerin İncelenmesi

Ahter ÇAĞLI, Sadık Yüksel SIVACI

Araştırmanın amacı kuantum öğrenme modelinin (KÖM) Türkiye'de yapılmış lisansüstü tez çalışmalarında ele alınış biçimini incelemektir. Bu bağlamda çalışma, Türkiye'de 2006-2018 yılları arasında kuantum öğrenme üzerine yapılmış Yükseköğretim Kurulu'na kayıtlı lisansüstü tezlerin doküman incelemesi üzerine yapılandırılmıştır. Tezler, Yüksek Öğretim Kurulu Ulusal Tez Merkezi (YÖK)'nin internet sayfasından 'kuantum öğrenme', anahtar kelimesi ile taranarak belirlenmiştir. Tezler incelenirken araştırma soruları bir tezde bulunması gereken kuramsal çerçevedeki temel bölümler dikkate alınarak belirlenmiştir. Araştırma soruları doğrultusunda tezler demografik özellikleri (tür, yıl, üniversite, enstitü, anabilim dalı, sayfa sayısı aralığı), konu, araştırmaların bağımlı-bağımsız değişkenleri, örneklem özellikleri (örneklem büyüklüğü, örneklem kademesi), araştırmaların türü, kullanılan veri toplama araçları, araştırmalarda elde edilen bulgular bakımından incelenmiştir. Elde edilen bulgular kodlama sonrası tablolaştırılmıştır. Araştırmada, kuantum öğrenme konusunu ele almış ve bu tezler çalışma gurubunu oluşturmuştur. Doküman incelemesi kapsamında incelenen çalışmaların 4'ü doktora, 12'si yüksek lisans tezinden oluşmaktadır. Diğer taraftan 2014 yılından sonra çalışmaların sayısının arttığını söylemek mümkündür. Söz konusu tezlerin belirli zaman dilimlerinde 13 farklı üniversitede ve çoğunlukla ilköğretim anabilim dalında ve fen bilgisi eğitimi bilim dalında çalışıldığı dikkati çekmektedir. Son olarak ise kuantum öğrenme modelinde çoğunlukla akademik başarı irdelenmiştir. Bu çalışmanın öncelikle kuantum öğrenmenin doğasının anlaşılmasının yanında yapılması planlanan çalışmalara yön göstereceği düşünülmektedir.

Türk Akademik Yayınlar DergisiOct 30, 20201 citation

KUANTUM HATA DÜZELTME ENTEGRASYONU İLE GROVER SALDIRILARINA DİRENEN HİBRİT SİMETRİK ŞİFRELEME YAKLAŞIMI

Ozge Tas

Kuantum Hata Düzeltme Entegrasyonu ile Grover Saldırılarına Direnen Hibrit Simetrik Şifreleme Yaklaşımı Hibrit şifreleme yaklaşımı kuantum hata düzeltme entegrasyonu ve grover saldırılarına karşı direnç göstermektedir. Gelişen kuantum hesaplama yöntemleriyle kriptografik sistemlerin güvenliğini arttırmak için yenilikçi hesaplama yöntemleri geliştirilmiştir.Kuantum algoritması olan grover algoritması geleneksel simetrik şifreleme yöntemlerini tehdit ettikçe kuantum hata düzeltmeyi içeren hibrit şifreleme yöntemleri geliştirilmesi giderek önemli hale gelmiştir. Bu yaklaşımla hassas verilerin korunması kuantum tehtidlerinin oluşturduğu diğer güvenlik açıklarını ele almak için simetrik ve asimetrik şifreleme yöntemlerinin birleşim yöntemleri kullanılmaktadır. Hibrit simetrik şifreleme çalışma prensibi simetrik bir anahtarın verilerin büyük bir kısmını şifrelediği ve asimetrik sistemin bu simetrik anahtarı ilettiği çift katmanlı bir mekanizma kullanır. Kuantum hata düzeltme tekniklerine entegre ederek bu yöntem şifrelenmiş verilerin iletim sırasında hatalara ve saldırılara karşı bütünlüğünü korumayı amaçlar ve bu durum modern iletişim altyapılarının güvenliğini sağlamada kritik önem taşır.Bu tür gelişmeler yalnızca gizliliği ve verimliliği sağlamakla kalmaz aynı zamanda kriptografik sistemlerin kuantum teknolojilerine hakim olduğu bir sistem sağlar.Bu hibrit yaklaşım önemli düzeydeki etkileri gelişmiş güvenlik önemlerinin alınmasına olanak sağlayarak , siber güvenlik alanında kuantum hesaplama zorluklarına uyum sağlama konusunda artan ihtiyaçlara yanıt sunar.Dünya çapındaki kurumlar Grover algoritmasının etkilerini ve yerleşik şifreleme standartlarına yönelik potansiyel risklerini araştırırken kuantum hata düzeltmenin hibrit şifreleme çözümlerine entegrasyonu veri güvenliğini korumak için proaktif bir önlem olarak görülmektedir. Bu değişimler özellikle geleneksel ve kuantum dirençli metodojiler arasındaki kriptografik uygulamaların geleceği hakkında önemli tartışmalara yol açmaktadır. Alanda yapılan önemli çalışmalar bu hibrit sistemlerin uygulanmasına, anahtar boyutlarında gerekli ayarlamalara ve kuantum sonrası kriptografik çözümlere geçişe odaklanmaktadır. Kuruluşların bu teknolojileri entegre etmesi için klasik ve kuantum teknolojilerinin getirdiği tehditlere dayanabilen güvenli ve ölçeklenebilir kriptografik çerçevelerin geliştirilmesinin araştırmalar için kritik öneme sahiptir.

Jan 1, 20250 citations