Kuantum Anahtar Dağıtımında Fiziksel Güvenlik: Foton Klonlanmasının İmkânsızlığı.

Kuantum Kriptografinin Temel Amacı

Kuantum kriptografi, kriptografik görevleri gerçekleştirmek için kuantum mekaniği özelliklerinden yararlanma bilidir. Bu bilimin en iyi bilinen örneği, anahtar değişimi sorununa bilgi teorik açıdan güvenli bir çözüm sunan “kuantum anahtar dağıtımı”dır. Kuantum kriptografinin avantajı, yalnızca klasik (yani kuantum olmayan) iletişim kullanılarak imkansız olduğu kanıtlanan veya varsayılan çeşitli kriptografik görevlerin tamamlanmasına izin vermesidir.

Bir kuantum durumu içinde kodlanmış veri kopyalanması imkansızdır. Eğer biri kodlanmış veriyi okumaya çalışırsa, kuantum durumu dalga fonksiyonu çökmesi nedeniyle değişecektir (klonlama yok teoremi). Bu durum, kuantum anahtar dağıtımında (QKD) gizli dinlemeyi tespit etmek için kullanılabilir.

Anahtar İletiminin Kritik Rolü

Kuantum kriptografisi şifrelemede kullanılan anahtar değişimi protokolü ile ön plandadır. Yani kuantum kriptografi tekniği mesajın iletilmesinden çok mesajın şifrelenmesinde ve şifrelenmiş mesajın çözülmesinde kullanılan anahtarın güvenilir bir biçimde alıcı ve verici arasında değişimi ile ilgilenir.

Günümüzde kullanılan birçok şifreleme algoritması herkes tarafından bilinmektedir. Örneklein AES ve DES gibi simetrik şifreleme algoritmaları ile şifrelenmiş metinler ters yönde çalışan fonksiyonlarla birbirine bağlı ve paralel çalışan on binlerce bilgisayarla çözülebilmesi teknik olarak mümkündür. Günümüzde kullanılan bu şifreleme algoritmalarındaki temel hedef şifreli metni çözmeyi geciktirmek ve dolayısıyla değersiz hale getirmek.

Şifreleme algoritması ne kadar karışık olursa olsun şifrelemede kullanılan anahtar ele geçirildiği zaman şifrenin hiçbir önemi kalmamaktadır. Bu yüzden kriptolojinin en önemli inceleme konusu anahtar iletimi ve anahtar iletiminde kullanılan protokollerdir. Ancak bu algoritmalar %100 güvenli değildir. %100 güvenlikten kasıt, alıcı ve verici arasına giren bir kişinin kendisini fark ettirmeden anahtarı tamamıyla elde etmesinin önüne geçilmesidir.

Fiziksel Güvenliğin Dayanağı

Kuantum kriptografi %100 güvenliği şimdilik sağlamaktadır. Yani alıcı ve verici arasındaki anahtar değişim kuralını güvenli hale getirir. Kuantum kriptografi tekniği temel bir fizik kanunu olan Heisenberg’ün belirsizlik ilkesine dayanmaktadır. Bu ilkeye göre kuantum mekaniğinin temel ögesi olan bir fotonun aynı anda iki özelliği bilinemez. Bu da iletişim kanalındaki bir fotonun klonlanmasını (kopyalanmasını) imkânsız hale getirmektedir.

Kısacası günümüz teknolojisinde fiber optik ağ üzerindeki bir fotonun yeni bir kopyası çıkarılamaz. İşte kuantum kripto tekniği fotonun bu özelliğinden faydalanarak güvenli bir anahtar iletimi sağlar.

Kuantum Mekaniği ve Foton Telepatisi

Kuantum mekaniği, teorik fiziğin temel dallarından olup, atom ve atom altı seviyelerde klasik mekanik ve klasik elektromanyetizmanın yerini almıştır. Belirsizlik ilkesi, anti madde, Planck sabiti, kara madde, dalga teorisi, kuantum alanları, olasılık teorisi, kaos teorisi gibi kavram ve teoriler bu alanda geliştirilmiştir.

İsviçre’de yapılan bir deney sırasında, aralarında 10 km uzaklık olan iki fotonun, sonucu önceden bilinemeyecek olan bir durumda, tıpatıp aynı şekilde davrandıkları görüldü. Bu deney Cenevre’de ve ondan sırasıyla 7,3 km ve 4,5 km uzaklıktaki Bernex和 Bellevue kentleri arasında yapıldı.

Bir lazerden çıkan bir foton Bir KnbO3 kristalinden geçerken daha az enerjili iki fotona ayrılır. Deney şunu göstermiştir: Aralarında 10 km’den fazla bir uzaklık bulunan bu iki foton, her an birbirlerinin tıpatıp aynı davranışları gösterirler. İsviçreli fizikçiler kesin olarak şu gözlemi yapmışlardır: Aralarında 10 km uzaklık olan iki foton, ayna karşısında her seferinde birbirleriyle aynı davranışı göstermişlerdir.

1981’de Fransız fizikçi Alain Aspect, Orsay Optik Enstitüsü’nde daha küçük ölçekte yaptığı laboratuvar deneylerinde, dünyada ilk defa iki parçacığın her an özdeş davranışlar gösterebileceğini bulmuştur. Ancak İsviçre’deki deney farklıdır; burada iki foton arasındaki uzaklık 10 km’dir.

Bu açıklama Vikipedi kaynaklarından uyarlanmıştır ve şu lisans altında sunulur: CC BY-SA 4.0.