La presente tesis se enmarca en el ámbito de la óptica virtual.Como objetivo general, se busca optimizar los procesos involucrados en la transmisión de datos codificados en un canal de información clásico. Esto se refiere al proceso de encriptación aplicado a la información enviada, al proceso de desencriptación aplicado a la información codificada recibida y al proceso de transmisión de datos codificados por un canal de comunicación. Para cumplir esta tarea, el desarrollo de sistemas ópticos virtuales de encriptación permitirá “experimentar” y generar variaciones optimizadas de las técnicas conocidas de seguridad óptica. Esto conduce a la implementación digital de sistemas ópticos analógicos y asegurar su buen funcionamiento ejecutando los procesos concernientes a la validación de los modelos matemáticos computacionales [1.25]. Esto último implica verificar los resultados arrojados por el sistema óptico virtual comparando con resultados de algunas experiencias analógicas conocidas. Se espera de manera general que los resultados obtenidos aporten significativamente al área de la encriptación óptica perfeccionando la operatividad de los procesos ópticos aplicados en la protección de los datos.
La presente tesis se enmarca en el ámbito de la óptica virtual.Como objetivo general, se busca optimizar los procesos involucrados en la transmisión de datos codificados en un canal de información clásico. Esto se refiere al proceso de encriptación aplicado a la información enviada, al proceso de desencriptación aplicado a la información codificada recibida y al proceso de transmisión de datos codificados por un canal de comunicación. Para cumplir esta tarea, el desarrollo de sistemas ópticos virtuales de encriptación permitirá “experimentar” y generar variaciones optimizadas de las técnicas conocidas de seguridad óptica. Esto conduce a la implementación digital de sistemas ópticos analógicos y asegurar su buen funcionamiento ejecutando los procesos concernientes a la validación de los modelos matemáticos computacionales [1.25]. Esto último implica verificar los resultados arrojados por el sistema óptico virtual comparando con resultados de algunas experiencias analógicas conocidas. Se espera de manera general que los resultados obtenidos aporten significativamente al área de la encriptación óptica perfeccionando la operatividad de los procesos ópticos aplicados en la protección de los datos.
RESUMEN: Con el crecimiento continuo en la cantidad de información que se transmite a través de los medios disponibles actualmente, también se han incrementado la cantidad de ataques que buscan acceder a la información de forma fraudulenta. Debido a esto, personas, compañías y entidades que buscan proteger información valiosa se ven en la necesidad de buscar alternativas que permitan la manipulación segura de información confidencial. Con el propósito de contribuir a la solución de los problemas de seguridad y teniendo presente las capacidades y el gran desempeño que presentan los sistemas ópticos experimentales para la manipulación segura de la información, desde el campo de la óptica se han venido desarrollando investigaciones que tienen como finalidad el establecimiento de técnica, protocolos y esquemas ópticos que permitan generar sistemas de seguridad confiables y que puedan ser implementados en aplicaciones de seguridad. En este trabajo se realiza un estudio teórico-experimental con el propósito de desarrollar una arquitectura de encriptación óptica experimental, basada en un sistema JTC, que posea un solo brazo de iluminación. Este nuevo sistema de encriptación debe permitir la implementación de técnicas ópticas no lineales para la reducción de ruido y el uso de contenedores de información que permitan la manipulación de una gran cantidad de datos y una recuperación libre ruido. Además, se debe garantizar que el sistema desarrollado permite la implementación de ambientes multi-usuarios a partir de técnicas de múltiplexado, y procedimientos que permitan la reducción del volumen de la información procesada. Lo anterior permitirá desarrollar un sistema compacto, de bajo costo, más flexible y mucho más conveniente para 6 implementaciones encaminadas a la investigación básica, y además con mayor potencial para su aplicación en posibles futuras aplicaciones en el sector seguridad y afines.
En esta contribución se discuten los avances más significativos en el campo de la encriptación de información mediante procesamiento óptico con énfasis en los adelantos en la reducción y la eliminación del ruido. Se hace la descripción teórica de un sistema de encriptación compacto y se presentan los resultados de su implementación experimental. Además, se demuestra que la inclusión de contenedores de información personalizados permite la protección de la información y su recuperación libre de ruido, evidenciando el potencial del sistema de seguridad compacto. Por último, se presentan las perspectivas en el área de investigación.
Cuando se aplican los metodos de analisis propios de la Mecanica Cuantica al estudio de la informacion , se obtienen resultados no reconciliables con la Teoria de la informacion.Clasica.Suge asi un nuevo paradigma de descripcion formal de la informacion:el proporcionado por la Teoria de la Informacion Cuantica. En los ultimos anos esta reciente disciplina ha experimentado un enorme progreso que ha puesto en evidencia sus grande ventejas potenciales , respecto a su analogo clasico, en el tratamiento, transmision y especialmente proteccion de informacion clasica. Sin embargo, del mismo modo que este ultimo recurso (la proteccion de informacion clasica)es imprescindible para la sociedad actual, debido a la expansion y popularizacion de las redes abiertas de ordenadores, el problema cuantico analogo (la proteccion de informacion puramente cuantica)tambien podria tener gran importancia en los futuros sistemas cuanticos de comunicacion. La proteccion de la informacion esta fuertemente relacionada con dos de lso principales servicios criptograficos:La confidencialiddad y la integridad o autenticacion de informacion.El proposito de esta tesis es estudiar la viabilidad de la version cuantica del segundo de estos servicios y desarrollar protocolos eficientes par la autenticacion de informacion cuantica,es decir , sistemas criptograficos que garanticen que un mensaje de naturaleza cuantica no ha sido modificado o reemplazddo sin aautorizacion en el canal de comunicaciones.Asimismo , se estudian las posibles ventajas del prceso cuantico de la informacion , respecto al clasico, en la autenticacion de informacion exclusivamente clasica.
En este trabajo se presenta una tecnica de multiplexado de ocultamiento para proporcionarle proteccion adicional al proceso de encriptacion de informacion. Se usa el sistema de encriptacion de doble mascara de fase con arquitectura 4f para generar un proceso de multiple encriptacion-desencriptacion de datos. El proceso de ocultamiento se basa en la inclusion de una mascara de amplitud en la segunda lente del procesador 4f, de manera que cada vez que se desea encriptar un dato se debe cambiar dicha mascara. En este metodo, si la informacion del multiplexado de las imagenes encriptadas y la llave de seguridad son interceptadas por un intruso, este recobrara un dato falso; mientras que el usuario autorizado al usar la informacion de las mascaras de amplitud empleadas durante la encriptacion puede recuperar los datos verdaderos. Se presentan simulaciones computacionales que demuestran la validez del metodo y su gran potencialidad.
En la actualidad, la gran tasa de bits transmitidos y su tendencia al crecimiento asi como la susceptibilidad de los canales de comunicacion ante el robo de informacion durante la transmision, motivan la busqueda de alternativas a la transmision actual de datos. La mecanica cuantica y el estudio de las propiedades de las particulas elementales nos ofrecen una perspectiva diferente que da origen a una tecnologia nueva, la tecnologia cuantica aplicada en este caso a la transmision de datos. El presente articulo se enfoca en un analisis de las limitaciones de la transmision electronica y de los alcances de la transmision cuantica para valorar sus pros y contras ante la reciente convivencia entre ambos sistemas de transmision; Asi tambien se evalua la compatibilidad entre ambos, la capacidad del canal donde transmitir y su fiabilidad. Las conclusiones nos dicen que la tecnologia cuantica puede mejorar sustantivamente la capacidad de transmision de los canales de comunicacion, en un medio cuantico libre de interferencias hasta ahora conocidas y compatibles con los sistemas de transmision electronica “clasicos”. Palabras clave: tecnologia cuantica, transmision de datos, entrelazamiento cuantico, mecanica cuantica.
En esta tesis se presentan los resultados de una serie de experimentos opticos en los que se ejecutan algoritmos de comunicaciones cuanticas para realizar Distribucion Cuantica de Claves(DCC) criptograficas con estados coherentes de muy baja intensidad. Especificamente, se estudia la implementacion de esquemas practicos y robustos de DCC, con especial interes en sistemas basados en fibra optica. A diferencia de las comunicaciones por aire, este medio permite transmitir estados cuanticos con bajisimas atenuaciones y minimas perturbaciones externas, utilizando instrumental comercialmente disponible y de bajo costo, incluso para distancias de decenas de kilometros. Los protocolos de DCC estudiados codifican informacion clasica (bits) en estados cuanticos preparados sobre distintos grados de libertad discretos de sistemas fisicos. En el trabajo se exploran implementaciones que explotan la polarizacion y los modos temporales discretos de luz (time-bin). En ambos casos, fue necesario desarrollar y familiarizarse con tecnologias especificas para la preparacion, transmision y deteccion de dichos estados cuanticos. El problema de transmitir estados cuanticos en fibra de forma eficiente y robusta se ataco con dos estrategias. Por un lado, utilizando el grado de libertad de polarizacion y, por otro, modos temporales discretos de luz. En el primer caso, se codificaron los estados en el grado de libertad de polarizacion, que es facilmente accesible. Sin embargo, este es muy sensible a perturbaciones, por lo que para asegurar la robustez se incorporo un sistema de estabilizacion activa del Estado de Polarizacion(SOP, por su sigla en ingles). Con este esquema se implementaron dos variantes de un protocolo clasico de DCC, llamado BB84, utilizando la polarizacion de pulsos de luz para codificar los estados cuanticos. Esto requirio el desarrollo de una fuente de pulsos tenues de luz basada en un laser DFB en el rango de las telecomunicaciones, con un modulador de intensidad externo por electroabsorcion. Se diseno un sistema de estabilizacion de la polarizacion robusto que permite compensar de forma automatica las perturbaciones que genera la birrefringencia de la fibra sobre el estado de polarizacion. El sistema esta basado en controladores de polarizacion comerciales y electronica de control disenada especificamente, y puede ser adaptado facilmente a cualquier protocolo de comunicacion por fibra. En este sentido, se realizo una implementacion del protocolo BB84 y una variante llamada BB84E, que requiere la utilizacion de los seis estados de un conjunto completo de bases mutuamente no sesgadas para la polarizacion. En el segundo caso, se ensayo una codificacion mas sofisticada y resistente a perturbaciones, que implico enfrentar una serie de desafios tecnologicos, pero que se presenta como una alternativa practica y escalable en distancia de transmision y velocidad. Se propuso un esquema hibrido de DCC basado en un protocolo de referencia de fase distribuida con comunicacion bidireccional (Plug & Play), ambas tecnologias desarrolladas para trabajar especificamente en fibra optica, en un esquema con economia de recursos y distribucion tipo servidor-cliente. Asi, se obtuvo una configuracion en donde tanto el instrumental como las operaciones sobre los estados mas sensibles del protocolo se encuentran concentradas en una de las partes (servidor), mientras que los requerimientos sobre la otra parte involucrada en la comunicacion son minimos. Esta alternativa combina diferentes caracteristicas deseables en una implementacion practica de DCC, como la simplicidad y la robustez. El esquema propuesto codifica estados cuanticos en modos temporales discretos de luz. Esto requirio el desarrollo de dispositivos especificos para preparar y medir estos estados, basados en interferometros de fibra optica que no demanden estabilizacion activa. Otra de las premisas fue la independencia de funcionamiento del estado de polarizacion, que se logra a partir de la incorporacion de rotadores de Faraday en diferentes partes del esquema empleado. Por ultimo, debido al tipo de codificacion y al sistema de sincronizacion utilizados, este esquema es adaptable a tasas de transmision en el rango de los MHz. De los experimentos de DCC mencionados se desprenden una serie de desarrollos y pruebas de laboratorio adicionales, que son relevantes por si mismos. Entre ellos figuran la estabilizacion activa de interferometros de Mach-Zehnder en fibra y el estudio de esquemas experimentales alternativos para el protocolo hibrido de DCC propuesto. Tambien se puede destacar la puesta a punto de un prototipo autonomo de DCC en aire y su adaptacion para obtener un protocolo que distingue mezclas computables (pseudoaleatorias) de estados cuanticos. Este es un tema de interes para el procesamiento cuantico de la informacion en general. Las tecnicas abordadas y el know-how adquirido permiten entender y superar distintos problemas particulares de la utilizacion de estados cuanticos en comunicaciones por fibra optica. Ademas, estos desarrollos tienen la capacidad de ser empleados tanto en ensayos de DCC que excedan el ambito del laboratorio, como en un contexto mas amplio que permita implementar otros protocolos de comunicacion cuantica usando fibras opticas de telecomunicaciones como canal cuantico.