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Criptografia Quântica
Introdução
Criptografia, a ciência da comunicação secreta, está se tornando cada vez mais importante com o crescimento das redes de computadores e transações eletrônicas. Quando informações pessoais, financeiras e militares são transferidas, tornam-se vulneráveis a técnicas de monitoramento que potencialmente podem ter conseqüências catastróficas. Estes problemas podem ser evitados através da encriptação da informação de forma que esta se torne ininteligível a todos, menos ao destinatário. Este objetivo pode ser atingido se o remetente e o destinatário possuirem uma seqüência de bits aleatória secreta, conhecida como chave, que pode ser usada para encriptação pelo remetente e decriptação pelo destinatário.
A chave é portanto um material de grande valor apesar de não conter nenhuma informação em si. Todavia, o passo inicial da distribuição de chaves precisa ser completado com alto grau de segurança de forma que nem mesmo informações parciais sejam comprometidas.
É neste ponto que entra a criptografia quântica, cuja segurança está baseada em leis físicas, ao contrário de outras formas de criptografia que são apoiadas pela matemática.
O que está errado com a criptografia clássica?
O objetivo da criptografia é transmitir informações de forma que o acesso seja restrito apenas ao destinatário pretendido. Originalmente a segurança de um criptograma dependia do segredo dos procedimentos de criptografia e decriptografia. Atualmente usamos codificadores para os quais os algoritmos de encriptar e decriptar podem ser revelados a qualquer um sem comprometer a segurança de um criptograma em particular. Nesses codificadores um conjunto de parâmetros, chamados de chave, é fornecido junto com o texto não criptografado como entrada para o algoritmo de encriptação e com o criptograma para o algoritmo de decriptação. Os algoritmos são publicamente anunciados: a segurança do criptograma depende inteiramente da segurança da chave, e esta precisa ser composta de uma seqüência aleatória de bits.
Uma vez que a chave é estabelecida, comunicações subseqüentes envolvem o envio de criptogramas através de um canal público, que é vulnerável à espionagem passiva total (por exemplo, um anúncio numa mídia de massa). Contudo para estabelecer a chave, dois usuários (que não compartilham nenhuma informação secreta inicialmente) precisam, num certo estágio, usar um canal muito seguro e confiável. Como em teoria todo canal clássico de comunicação pode sempre ser monitorado, dois usuários legítimos podem sofrer espionagem passiva sem se darem conta.
Matemáticos tentaram resolver o problema da distribuição de chaves. Nos anos 70 houve a descoberta dos sistemas de chave pública. Nestes sistemas os usuários não precisam combinar uma chave secreta antes de enviar mensagens. Eles funcionam sobre o princípio de um cofre com 2 chaves: uma pública para trancá-lo e outra privada para abrí-lo.Todos tem uma chave para trancar o cofre mas apenas um tem a chave que abre. Estes sistemas exploram o fato de que certas operações matemáticas são mais fáceis de serem computadas em um sentido do que no outro. Eles evitam o problema da distribuição de chaves mas infelizmente sua segurança depende de uma hipótese matemática não provada, como a dificuldade de fatoração de grandes inteiros (RSA, o sistema de criptografia de chave pública mais comum baseia sua segurança nisso). Isto significa que se e quando matemáticos ou cientistas da computação desenvolverem procedimentos de fatoração mais rápidos toda a privacidade de sistemas de criptografia pública pode acabar do dia para a noite.
De fato, trabalhos recentes na área da computação quântica mostram que com o auxílio destes é possivel fatorar muito mais rápido do que com computadores clássicos.
A criptografia quântica é baseada na incerteza natural do mundo quântico. Com ela você pode criar um canal de comunicação impossível de ser monitorado sem interferir na transmissão. As leis da física dão segurança a este canal: mesmo que o observador possa fazer o que quiser, mesmo que ele tenha poder computacional infinito, mesmo que P=NP.
De acordo com a mecânica quântica, partículas não existem em um lugar específico. Elas existem em vários lugares ao mesmo tempo, com probabilidades diferentes associadas a estarem em cada posição caso alguém as observe. Todavia, somente após um cientista medir a partícula é que ela colapsa para sua posição. Acontece que não se pode medir todos os aspectos (por exemplo, posição e velocidade) de uma partícula ao mesmo tempo. Se medirmos uma dessas características o simples ato da medida destrói qualquer possibilidade de medir a outra quantidade. O mundo quântico possui uma incerteza fundamental e não há maneira de evitá-la.
Esta incerteza pode ser usada para gerar uma chave secreta. Enquanto viajam, fótons vibram em alguma direção: para cima e para baixo, para a direita e para a esquerda, ou mais provavelmente em algum ângulo. A luz do sol não é polarizada: seus fótons vibram em todos os possíveis ângulos. Quando um grande número de fótons vibra na mesma direção eles estão polarizados. Filtros polarizadores permitem que apenas fótons polarizados numa mesma direção passem, os outros são bloqueados. Por exemplo, um polarizador horizontal só permite que fótons vibrando na horizontal passem por ele. Gire-o 90 graus e apenas fótons polarizados na vertical passarão.
Digamos que você tenha um pulso de fótons polarizados horizontalmente. Se eles tentarem passar por um filtro polarizado horizontalmente, todos vão passar. Gire devagar o filtro 90 graus: o número de fótons que passam vai diminuindo, até que nenhum passa mais. Isto não é intuitivo: Parece que girar o filtro apenas um pouco deveria bloquear todos os fótons, já que eles estão polarizados horizontalmente. Mas na mecânica quântica, cada partícula tem uma probabilidade de repentinamente trocar sua polarização e ficar com a mesma do filtro. Se os ângulos diferem por pouco, a probabilidade é grande. Se diferem de 90 graus, a probabilidade é zero. Se diferem de 45 graus, a probabilidade é de 50%.
A polarização pode ser medida em qualquer base: duas direções num ângulo de 90 graus. Um exemplo de base é vertical e horizontal. Outra é diagonal direita e diagonal esquerda. Se um fóton está polarizado em uma base, emedirmos nesta base descobrimos qual a sua polarização. Se medirmos na base errada obtemos um resultado aleatório. Vamos utilizar esta propriedade para gerar uma chave secreta:
Na prática, a criptografiz quântica foi demonstrada em laboratório pela IBM e outros, mas em distâncias relativamente curtas. Recentemente distâncias da ordem de 60 Km foram obtidas usando cabos de fibra óptica de alta pureza. Acima disso a taxa de erros de bit causados pelo princípio da incerteza de Heisenberg e por inpurezas microscópicas na fibra tornam o sistema inviável. Uma pesquisa foi bem sucedida na transmissão pelo ar, mas apenas em poucas dezenas de centímetros e em condições climáticas ideais. Resta ainda saber quanto o desenvolvimento tecnológico pode aumentar essas distâncias.
Aplicações práticas nos EUA desta tecnologia incluem um link dedicado ente a Casa Branca e o Pentágono em Washington e outros links entre bases militares importantes e laboratórios de pesquisa próximos.
Perguntas
1 - Em que se baseia a segurança da Criptografia Quântica?
Na incerteza natural do mundo microscópico.
2 - Ela é segura contra qualquer tipo de ataque?
Não, apenas aos ataques de monitoramento passivo. Ela nao é segura a ataques em que o espião possa inserir e remover mensagens do meio de transmissão.
3 - Por que é necessário mandar cada bit por apenas 1 fóton?
Porque caso a informação estivesse repetida em mais de um fóton poderíamos medir a polarização de cada um deles em uma base diferente, contornando a incerteza.
4 - A criptografia quântica pode ser usada em dados armazenados?
Atualmente não, pois os fótons não existem parados, mas talvez isso se torne possível quando outras partículas como elétrons forem usadas parar armazenar informação.
5 - Atualmente, qual a distância máxima que os links usados em criptografia quântica atingem?
Cerca de 60 Km.
Fonte: Apenas usuários registrados e ativados podem ver os links., Clique aqui para se cadastrar...
Criptografia Quântica foi hackeada ?
Nem bem a criptografia quântica chegou e cientistas afirmam que já conseguiram quebrar seus segredos. A criptografia quântica se baseia nas leis da mecânica quântica e a maioria dos cientistas considerava que redes quânticas seriam 100% seguras.
"Grampo" quântico
Um grupo de pesquisadores do MIT, Estados Unidos, conseguiu espionar uma transmissão usando uma espécie de "grampo quântico", uma técnica parecida com aquela utilizada para se escutar ligações telefônicas.
O método de espionagem e quebra da segurança não é totalmente eficaz, já que foi possível decodificar apenas metade da mensagem. Mas 50% é muito para uma rede que se considerava 100% à prova de hackers. E mais, acreditava-se ser impossível espionar uma transmissão desse tipo sem ser detectado - mas não é.
Só no laboratório
Os pesquisadores admitem que sua técnica ainda não é capaz de permitir a espionagem de uma rede real. "Não é algo que atualmente possa ser utilizado para atacar um sistema comercial," diz o físico Jeffrey Shapiro.
O sistema de criptografia quântica é tido como à prova de espionagem porque qualquer um que tente interceptar a mensagem vai quebrar a polarização do fóton coletado. Isso afeta a capacidade que o receptor tem de medí-lo corretamente. A espionagem então aparece na forma de um pico na taxa de erros da transmissão.
Entrelaçamento de partículas
Shapiro e seus colegas conseguiram contornar essa dificuldade usando um princípio físico chamado entrelaçamento, que conecta duas partículas. Utilizando um aparato óptico, eles entrelaçaram a polarização do fóton transmitido com seu momento. O espião pode então medir o momento a fim de obter informação sobre a polarização, sem afetar a polarização original.
Essa técnica não é perfeita, o que responde pelo fato de que foi possível ler apenas metade da mensagem. Nas outras vezes, o próprio processo de entrelaçamento afetou a polarização do fóton e o erro apareceu. A teoria afirma que é possível construir um aparato que não destrua nem altere os fótons, mas até hoje ninguém conseguiu construir um desses.
fonte: Apenas usuários registrados e ativados podem ver os links., Clique aqui para se cadastrar...
abraços....
Introdução
Criptografia, a ciência da comunicação secreta, está se tornando cada vez mais importante com o crescimento das redes de computadores e transações eletrônicas. Quando informações pessoais, financeiras e militares são transferidas, tornam-se vulneráveis a técnicas de monitoramento que potencialmente podem ter conseqüências catastróficas. Estes problemas podem ser evitados através da encriptação da informação de forma que esta se torne ininteligível a todos, menos ao destinatário. Este objetivo pode ser atingido se o remetente e o destinatário possuirem uma seqüência de bits aleatória secreta, conhecida como chave, que pode ser usada para encriptação pelo remetente e decriptação pelo destinatário.
A chave é portanto um material de grande valor apesar de não conter nenhuma informação em si. Todavia, o passo inicial da distribuição de chaves precisa ser completado com alto grau de segurança de forma que nem mesmo informações parciais sejam comprometidas.
É neste ponto que entra a criptografia quântica, cuja segurança está baseada em leis físicas, ao contrário de outras formas de criptografia que são apoiadas pela matemática.
O que está errado com a criptografia clássica?
O objetivo da criptografia é transmitir informações de forma que o acesso seja restrito apenas ao destinatário pretendido. Originalmente a segurança de um criptograma dependia do segredo dos procedimentos de criptografia e decriptografia. Atualmente usamos codificadores para os quais os algoritmos de encriptar e decriptar podem ser revelados a qualquer um sem comprometer a segurança de um criptograma em particular. Nesses codificadores um conjunto de parâmetros, chamados de chave, é fornecido junto com o texto não criptografado como entrada para o algoritmo de encriptação e com o criptograma para o algoritmo de decriptação. Os algoritmos são publicamente anunciados: a segurança do criptograma depende inteiramente da segurança da chave, e esta precisa ser composta de uma seqüência aleatória de bits.
Uma vez que a chave é estabelecida, comunicações subseqüentes envolvem o envio de criptogramas através de um canal público, que é vulnerável à espionagem passiva total (por exemplo, um anúncio numa mídia de massa). Contudo para estabelecer a chave, dois usuários (que não compartilham nenhuma informação secreta inicialmente) precisam, num certo estágio, usar um canal muito seguro e confiável. Como em teoria todo canal clássico de comunicação pode sempre ser monitorado, dois usuários legítimos podem sofrer espionagem passiva sem se darem conta.
Matemáticos tentaram resolver o problema da distribuição de chaves. Nos anos 70 houve a descoberta dos sistemas de chave pública. Nestes sistemas os usuários não precisam combinar uma chave secreta antes de enviar mensagens. Eles funcionam sobre o princípio de um cofre com 2 chaves: uma pública para trancá-lo e outra privada para abrí-lo.Todos tem uma chave para trancar o cofre mas apenas um tem a chave que abre. Estes sistemas exploram o fato de que certas operações matemáticas são mais fáceis de serem computadas em um sentido do que no outro. Eles evitam o problema da distribuição de chaves mas infelizmente sua segurança depende de uma hipótese matemática não provada, como a dificuldade de fatoração de grandes inteiros (RSA, o sistema de criptografia de chave pública mais comum baseia sua segurança nisso). Isto significa que se e quando matemáticos ou cientistas da computação desenvolverem procedimentos de fatoração mais rápidos toda a privacidade de sistemas de criptografia pública pode acabar do dia para a noite.
De fato, trabalhos recentes na área da computação quântica mostram que com o auxílio destes é possivel fatorar muito mais rápido do que com computadores clássicos.
A criptografia quântica é baseada na incerteza natural do mundo quântico. Com ela você pode criar um canal de comunicação impossível de ser monitorado sem interferir na transmissão. As leis da física dão segurança a este canal: mesmo que o observador possa fazer o que quiser, mesmo que ele tenha poder computacional infinito, mesmo que P=NP.
De acordo com a mecânica quântica, partículas não existem em um lugar específico. Elas existem em vários lugares ao mesmo tempo, com probabilidades diferentes associadas a estarem em cada posição caso alguém as observe. Todavia, somente após um cientista medir a partícula é que ela colapsa para sua posição. Acontece que não se pode medir todos os aspectos (por exemplo, posição e velocidade) de uma partícula ao mesmo tempo. Se medirmos uma dessas características o simples ato da medida destrói qualquer possibilidade de medir a outra quantidade. O mundo quântico possui uma incerteza fundamental e não há maneira de evitá-la.
Esta incerteza pode ser usada para gerar uma chave secreta. Enquanto viajam, fótons vibram em alguma direção: para cima e para baixo, para a direita e para a esquerda, ou mais provavelmente em algum ângulo. A luz do sol não é polarizada: seus fótons vibram em todos os possíveis ângulos. Quando um grande número de fótons vibra na mesma direção eles estão polarizados. Filtros polarizadores permitem que apenas fótons polarizados numa mesma direção passem, os outros são bloqueados. Por exemplo, um polarizador horizontal só permite que fótons vibrando na horizontal passem por ele. Gire-o 90 graus e apenas fótons polarizados na vertical passarão.
Digamos que você tenha um pulso de fótons polarizados horizontalmente. Se eles tentarem passar por um filtro polarizado horizontalmente, todos vão passar. Gire devagar o filtro 90 graus: o número de fótons que passam vai diminuindo, até que nenhum passa mais. Isto não é intuitivo: Parece que girar o filtro apenas um pouco deveria bloquear todos os fótons, já que eles estão polarizados horizontalmente. Mas na mecânica quântica, cada partícula tem uma probabilidade de repentinamente trocar sua polarização e ficar com a mesma do filtro. Se os ângulos diferem por pouco, a probabilidade é grande. Se diferem de 90 graus, a probabilidade é zero. Se diferem de 45 graus, a probabilidade é de 50%.
A polarização pode ser medida em qualquer base: duas direções num ângulo de 90 graus. Um exemplo de base é vertical e horizontal. Outra é diagonal direita e diagonal esquerda. Se um fóton está polarizado em uma base, emedirmos nesta base descobrimos qual a sua polarização. Se medirmos na base errada obtemos um resultado aleatório. Vamos utilizar esta propriedade para gerar uma chave secreta:
Na prática, a criptografiz quântica foi demonstrada em laboratório pela IBM e outros, mas em distâncias relativamente curtas. Recentemente distâncias da ordem de 60 Km foram obtidas usando cabos de fibra óptica de alta pureza. Acima disso a taxa de erros de bit causados pelo princípio da incerteza de Heisenberg e por inpurezas microscópicas na fibra tornam o sistema inviável. Uma pesquisa foi bem sucedida na transmissão pelo ar, mas apenas em poucas dezenas de centímetros e em condições climáticas ideais. Resta ainda saber quanto o desenvolvimento tecnológico pode aumentar essas distâncias.
Aplicações práticas nos EUA desta tecnologia incluem um link dedicado ente a Casa Branca e o Pentágono em Washington e outros links entre bases militares importantes e laboratórios de pesquisa próximos.
Perguntas
1 - Em que se baseia a segurança da Criptografia Quântica?
Na incerteza natural do mundo microscópico.
2 - Ela é segura contra qualquer tipo de ataque?
Não, apenas aos ataques de monitoramento passivo. Ela nao é segura a ataques em que o espião possa inserir e remover mensagens do meio de transmissão.
3 - Por que é necessário mandar cada bit por apenas 1 fóton?
Porque caso a informação estivesse repetida em mais de um fóton poderíamos medir a polarização de cada um deles em uma base diferente, contornando a incerteza.
4 - A criptografia quântica pode ser usada em dados armazenados?
Atualmente não, pois os fótons não existem parados, mas talvez isso se torne possível quando outras partículas como elétrons forem usadas parar armazenar informação.
5 - Atualmente, qual a distância máxima que os links usados em criptografia quântica atingem?
Cerca de 60 Km.
Fonte: Apenas usuários registrados e ativados podem ver os links., Clique aqui para se cadastrar...
Criptografia Quântica foi hackeada ?
Nem bem a criptografia quântica chegou e cientistas afirmam que já conseguiram quebrar seus segredos. A criptografia quântica se baseia nas leis da mecânica quântica e a maioria dos cientistas considerava que redes quânticas seriam 100% seguras.
"Grampo" quântico
Um grupo de pesquisadores do MIT, Estados Unidos, conseguiu espionar uma transmissão usando uma espécie de "grampo quântico", uma técnica parecida com aquela utilizada para se escutar ligações telefônicas.
O método de espionagem e quebra da segurança não é totalmente eficaz, já que foi possível decodificar apenas metade da mensagem. Mas 50% é muito para uma rede que se considerava 100% à prova de hackers. E mais, acreditava-se ser impossível espionar uma transmissão desse tipo sem ser detectado - mas não é.
Só no laboratório
Os pesquisadores admitem que sua técnica ainda não é capaz de permitir a espionagem de uma rede real. "Não é algo que atualmente possa ser utilizado para atacar um sistema comercial," diz o físico Jeffrey Shapiro.
O sistema de criptografia quântica é tido como à prova de espionagem porque qualquer um que tente interceptar a mensagem vai quebrar a polarização do fóton coletado. Isso afeta a capacidade que o receptor tem de medí-lo corretamente. A espionagem então aparece na forma de um pico na taxa de erros da transmissão.
Entrelaçamento de partículas
Shapiro e seus colegas conseguiram contornar essa dificuldade usando um princípio físico chamado entrelaçamento, que conecta duas partículas. Utilizando um aparato óptico, eles entrelaçaram a polarização do fóton transmitido com seu momento. O espião pode então medir o momento a fim de obter informação sobre a polarização, sem afetar a polarização original.
Essa técnica não é perfeita, o que responde pelo fato de que foi possível ler apenas metade da mensagem. Nas outras vezes, o próprio processo de entrelaçamento afetou a polarização do fóton e o erro apareceu. A teoria afirma que é possível construir um aparato que não destrua nem altere os fótons, mas até hoje ninguém conseguiu construir um desses.
fonte: Apenas usuários registrados e ativados podem ver os links., Clique aqui para se cadastrar...
abraços....
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