2014. március hónap bejegyzései

A KLJN kommunikációs protokoll

A kvantum-kriptográfia és a kvantum teleportáció egy napjaink egyik felkapott kutatási területe, melyekben az adatok biztonságos átvitelét a kvantummechanika törvényei biztosítják. 2006-ban Kish László vetette fel [1], hogy lehetséges mindössze a klasszikus fizika törvényeit felhasználva is biztonságos kulcscserét megvalósítani. Az ötlet alapján született meg a KLJN protokollt (Kirchhoff-Law-Johnson-Noise). A kommunikáció blokkvázlatát az 1. ábra mutatja be. A kommunikációban részt vevő két fél, Alice és Bob egy-egy véletlenszerűen kiválasztott ellenállást köt rá egy közös vezetékre. Az ellenállások értéke lehet magas (RH) és alacsony (RL). A kommunikáció lényege, hogy az áramkör eredő ellenállását meg tudjuk úgy mérni, hogy közben nem derül ki, hogy melyik oldalon konkrétan milyen ellenállások vannak, erre a vezetéken mérhető termikus zaj ad lehetőséget (feszültség és áramzaj).

A KLJN kommunikáció ideális megvalósítása

Mindkét zaj értékét ismerheti a lehallgató fél (Eve). Amennyiben Alice és Bob mindketten alacsony értékű ellenállást (RL) kötnek rá a vezetékre, a feszültségzaj alacsony lesz, ha mindketten magasat (RH), a feszültségzaj magas lesz, ezek jól mérhető állapotok, Éva is fel fogja ismerni őket, így nem alkalmasak biztonságos kommunikációra . Amennyiben az egyikük alacsonyat (RL) , a másikuk pedig magasat (RH) köt rá, a feszültségzaj értéke közepes szintű lesz. Bár ezt Éva is tudni fogja, neki semmilyen információja nincs arról, hogy Alice vagy Bob milyen kombinációra kötötték rá az alacsony és nagy értékű ellenállást. Mivel Alice és Bob tisztában vannak saját ellenállásuk értékével, kitalálják az aktuális állapotot, egy bitnyi titkos információ áll rendelkezésükre. A protokoll megvalósítása során, megadott időzítéssel váltogatják véletlenszerűen a vezetékre kötött ellenállást, a létrejött állapotok közel fele a biztonságos LH vagy HL kombináció lesz, így bit-ről bit-re egy tetszőleges hosszúságú, teljesen biztonságos kulcsot cserélhet Alice és Bob. A kulcs segítségével később, tetszőleges csatornánk folytathatnak titkosított kommunikációt.

[1] Laszlo B. Kish, “Totally secure classical communication utilizing Johnson (-like) noise and Kirchoff’s law”, Physics Letters A 352 (2006) 178–182