رمزنگاری کوانتومی یعنی چی؟

رمزنگاری کوانتومی یعنی چی؟ رمزنگاری کوانتومی یک روش برای ایمن سازی و رمزگذاری اطلاعاته که به جای استفاده از ریاضیات، از قوانین فیزیک کوانتوم استفاده می کنه.
این قوانین باعث میشه اطلاعات، امنیت بالاتری نسبت به روش های قدیمی داشته باشن. حتی به نوعی “غیر قابل هک” باشن.

ویژگی های منحصر بفرد فیزیک کوانتوم

1. ذرات کوانتومی نامشخص هستن:
   ذرات در دنیای کوانتوم می تونن همزمان در چند حالت مختلف یا مکان های مختلف وجود داشته باشن و پیش بینی دقیقی از وضعیت اونها نمیشه داشت.
2. خاصیت صفر و یکی بودن:
   در فیزیک کوانتوم، ذرات کوانتومی میتونن به طور همزمان در چند حالت مختلف قرار بگیرن. که این ویژگی به پردازش و ذخیره سازی اطلاعات به صورت پیچیده تر کمک میکنه.
3. مشاهده، روی ذرات تاثیر میذاره:
   با توجه به این خاصیت، اگر کسی بخواد اطلاعات رو در سیستم کوانتومی بخونه، این کار خودش باعث تغییر اطلاعات میشه. یعنی هر تلاشی برای جاسوسی کاملا قابل شناساییه.
4. کپی برداری کامل کردن از ذرات ممکن نیست:
   یکسری از خواص ذرات رو میشه شبیه سازی کرد، اما ساخت یه نسخه کاملا شبیه به اون غیر ممکنه.

چرا رمزنگاری کوانتومی مهمه؟

رمزنگاری های معمولی که امروزه ازش استفاده میشه به قدری قوی هستن که برای شکستن اون ها با کامپیوترهای معمولی هزاران سال طول میکشه. اما کامپیوترهای کوانتومی میتونن خیلی سریع این رمزهارو بشکنن.
کامپیوترهای کوانتومی برخلاف کامپیوترهای عادی، از قوانین کوانتوم استفاده میکنن و میتونن مسائل پیچیده ای که کامپیوترهای عادی نمیتونن حل کنن رو در چند دقیقه حل کنن. این جمله به این معناست که رمزنگاری های امروزی، در آینده ممکنه دیگه امن نباشن.

کمک های رمزنگاری کوانتومی

اگر رایانه های کوانتومی به مرحله ای برسن که بتونن رمزهای قدیمی و سنتی امروز رو بشکنن، ما نیاز داریم به روش هایی که از همین فناوری کوانتومی استفاده میکنن. رمزنگاری کوانتومی با استفاده از قوانین خاص فیزیک کوانتوم میتونه یه لایه امنیتی جدید درست کنه که حتی در برابر کامپیوترهای کوانتومی هم مقاوم باشه.

چه زمانی میشه از رمزنگاری کوانتومی استفاده کرد؟

با توجه به گفته متخصص های این حوزه، ممکنه 20 تا 50 سال آینده کاملا وارد عصر کامپیوترهای کوانتومی بشیم. در نتیجه برای ایمن موندن اطلاعات برای اون زمان، دانشمندان از الان در حال کار کردن روی توسعه رمزنگاری کوانتومی هستن.

ارسال پیام از طریق فوتون

فوتون به دلیل داشتن ویژگی های خاص کوانتومی، رایج ترین روش ارسال پیام به حساب میاد. استفاده از فوتون به روش های زیر تقسیم میشه:

1. ایجاد فوتون با قطبش خاص:

فرستنده فوتون هایی تولید میکنه که قطبش اون ها با صفر و یک شناخته میشن. مثلا:

• فوتون با قطبش عمودی (|) : صفر
• فوتون با قطبش افقی (-) : یک

2. ارسال فوتون از طریق کابل نوری:

این فوتون ها از طریق کابل نوری یا کانال های امن کوانتومی به سمت گیرنده ارسال میشن.

بعد از ارسال فوتون ها، گیرنده با استفاده از فیلترهای قطبش فوتون هارو بررسی میکنه تا قطبش هر فوتون رو بخونه و ازش یک کلید رمزنگاری بسازه. و با توجه به خاصیت “تغییر هنگام مشاهده”، اگر این بین کسی بخواد جاسوسی کنه و فوتون هارو اندازه گیری کنه اونها تغییر میکنن و فرستنده و گیرنده هم از این جاسوسی باخبر میشن.

حالا سوال اینجاست که بعد از جاسوسی و تغییر فوتون چه اتفاقی میوفته؟ وقتی جاسوسی اتفاق میوفته فرستنده و گیرنده بخاطر تغییرات فوتون متوجه این قضیه میشن. اما اونا نمیدونن که فوتون ها به چه چیزی تغییر کردن. در نتیجه کلید رمزنگاری رو بی اعتبار میکنن و دوباره ارسال پیام رو شروع میکنن.

روش های رمزنگاری

از دو روش کوانتومی زیر برای ایجاد امینت در تبادل اطلاعات استفاده میشه:

1. توزیع کلید کوانتومی (Quantum Key Distribution)

در این روش برای تبادل کلید رمزنگاری بین دو نفر، با کمک فوتون انجام میشه. همونطور که بالاتر هم گفتیم ، این روش از شنود و جاسوسی جلوگیری میکنه.

2. پرتاب سکه کوانتومی (Quantum Coin-Flipping)
   این روش یک روش عادلانه و امن بین دو نفر که به هم اعتمادی ندارن انجام میشه. درواقع یه جور “پرتاب سکه” دیجیتالی که تقلب توش ممکن نیست. مثلا دو نفر می‌خوان روی چیزی شرط‌بندی کنن ولی بهم اعتماد ندارن. فوتون‌ها جای سکه عمل می‌کنن!
   چجوری؟ فرض کنید که دو نفر پشت تلفن دارن باهم صحبت میکنن و میخوان با پرتاب سکه شرطبندی کنن. این دو نفر چجوری میتونن بهم اعتماد کنن؟ یکی از طرفین فوتون هایی با قطب های مختلف میفرسته و طرف دیگه با کمک فیلترهای تصادفی اون رو بررسی میکنه. با توجه به این قضیه، اگر اون آدم دروغ گفته باشه، یا کسی قصد جاسوسی داشته باشه قطبش فوتون ها تغییر میکنه.

ورود به مباحث کوانتومی احتیاج به اطلاعات عمیقی تو این حوزه داره. تو این مقاله سعی داشتیم با توجه به قوانین پایه کوانتوم، مبحث رمزنگاری کوانتومی رو به زبون ساده توضیح بدیم. و در مجموع باید گفت که این چنین فناوری ها واسه ایجاد رمزنگاری های ایمن در آینده ای هست که کامپیوترهای کوانتومی حضور پر رنگی دارن.