Quantum-technique-based cryptographic key distribution

Abstract

Περίληψη Η παρούσα πτυχιακή εργασία εξετάζει τη Διανομή Κρυπτογραφικών Κλειδιών με Κβαντικές Τεχνικές, εστιάζοντας στον τρόπο με τον οποίο η κβαντική μηχανική επαναπροσδιορίζει την ασφάλεια των ψηφιακών επικοινωνιών.Το πεδίο αυτό αποκτά κρίσιμη σημασία εν όψει της ανάπτυξης ισχυρών κβαντικών υπολογιστών, οι οποίοι απειλούν τα θεμέλια της σύγχρονης κρυπτογραφίας.Στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η ιστορική εξέλιξη της κβαντικής μηχανικής, από τις θεωρίες των Planck, Einstein, Bohr, de Broglie, Schrödinger και Heisenberg έως τις σύγχρονες υπολογιστικές εφαρμογές.Αναλύεται η έννοια του qubit, η κβαντική υπέρθεση και η διεμπλοκή, καθώς και το φαινόμενο «Harvest Now, Decrypt Later» που καθιστά επιτακτική την άμεση μετάβαση σε κβαντοανθεκτικές λύσεις.Το δεύτερο κεφάλαιο εισάγει τα θεμελιώδη στοιχεία της κβαντικής υπολογιστικής μέσω πρακτικών υλοποιήσεων σε Python και Qiskit.Καλύπτονται τα qubits και η σφαίρα Bloch, οι κβαντικοί καταχωρητές, οι βασικές πύλες (Hadamard, Pauli X/Y/Z, CNOT, Toffoli, SWAP), τα κβαντικά κυκλώματα, οι καταστάσεις Bell και GHZ, η κβαντική τηλεμεταφορά, το θεώρημα μη-κλωνοποίησης και ο αλγόριθμος Deutsch-Jozsa.Το τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζει την κρυπτογραφία ως επιστήμη: από τον ορισμό και τις θεμελιώδεις αρχές (εμπιστευτικότητα, ακεραιότητα, αυθεντικότητα) έως τη συμμετρική (DES, AES) και ασύμμετρη κρυπτογραφία (RSA, ECC, Diffie-Hellman).Εξετάζεται επίσης η Υποδομή Δημόσιου Κλειδιού (PKI), το TLS 1.3 και η Κβαντική Διανομή Κλειδιού ως απάντηση στην κβαντική απειλή.Το τέταρτο κεφάλαιο αναλύει λεπτομερώς τα τρία βασικά πρωτόκολλα Κβαντικής Διανομής Κλειδιού: BB84 (Bennett & Brassard, 1984), B92 (Bennett, 1992) και E91 (Ekert, 1991).Για κάθε πρωτόκολλο παρουσιάζονται η φυσική βάση, η εκτέλεση βήμαβήμα, οι αποδείξεις ασφάλειας και η συγκριτική αξιολόγηση.Η εργασία ολοκληρώνεται με ανάλυση των υπαρχουσών εμπορικών υλοποιήσεων QKD και των προοπτικών για δορυφορικά κβαντικά δίκτυα.