Avslutade projekt

Kvantinformatik, särskilt kvantkryptografi

Doktorand: Aishajiang Abuding
Handledare: Jan-Åke Larsson (MAI)
Bitr. handledare: Viiveke Fåk (ISY)

Forskningsområdet handlar om likheter och skillnader som finns mellan vår vanliga begreppsvärd och den begreppsvärld som används i kvantmekanik. I vår vanliga (klassiska) begreppsvärld har föremål objektiva egenskaper, t ex läge och hastighet. I kvantmekanik talas det vanligtvis om att föremål har en vågfunktion som beskriver föremålet, men att egenskaperna läge och hastighet inte finns förrän man har mätt dem. Dessutom är det så att man inte kan mäta läge och hastighet noggrant samtidigt, så den vanliga slutsatsen är att ett kvantmekaniskt föremål inte kan ha egenskaperna läge och hastighet samtidigt (läge och hastighet sägs vara komplementära).

Nyligen har det kommit flera tillämpningar som utnyttjar detta för att till exempel faktorisera stora tal snabbt ("Shors algoritm") eller göra snabba sökningar i oordnade listor ("Grovers algoritm"). En annan tillämpning är kvantkryptografi, där man använder just egenskapen att komplementära egenskaper (t ex läge och hastighet) inte kan mätas samtidigt, och skyddet av data är baserat på den s.k. Einstein- Podolsky-Rosen-paradoxen. I en av de implementationer som finns är skyddet direkt baserat på Bells olikhet (som Jan-Åkes doktorsavhandling handlade om). Ett samlingsnamn för detta forskningsområde är kvantinformatik.

Jan-Åke har publicerat flera artiklar om just kvantkryptografi, och de handlar till exempel om man verkligen kan skilja en kvantmekanisk implementation från en klassisk, som "låtsas" vara kvantmekanisk så gott den kan. Frågan är viktig därför att om man inte kan skilja på dessa två fall kan man tillverka system med en inbyggd s.k. Trojansk häst. Ett annat exempel handlar om ett protokoll publicerat 2003 där ett problem i det kvantmekaniska protokollet identifierades. Det säkerhetstest som föreslagits var helt otillräckligt, men i Jan-Åkes artikel finns en förbättring som ger ett säkert protokoll.

Den allra senaste analysen (tillsammans med examensarbetaren Jörgen Cederlöf) gäller den klassiska del av alla kvantkryptoprotokoll som måste till för att etablera en säker nyckelproduktion. Det handlar om klassisk, kryptografiskt säker, autentisering. Studien har visat att det finns skäl att förändra ("patcha") de protokoll som finns då de kan vara osäkra i sin nuvarande utformning. Det finns också skäl att titta närmare på några egenskaper hos autentiseringen som förut bedömts vara utan intresse. Man kan också analysera andra förslag till protokoll, även sådana som inte handlar om nyckeldistribution utan också andra kryptografiska tillämpningar, eller rena kommunikationsprotokoll. Som ni förstår finns en uppsjö av sådana förslag, eftersom tekniken för dessa börjar finnas tillgänglig kommersiellt.

Tanken är förstås att dra nytta av den kompetens som finns i kryptogruppen på ISY, men vi kan också påpeka att det inletts en förstudie på FOI om kvantkrypto. Man kanske ska notera att förstudien så långt handlar om teknologi, koncentrerat på komponenter lämpliga för användning i ett kvantkryptografiskt system. Det kan i förlängningen vara bra att upprätta en kompetens på Universitetet som svarar mot ett möjligt behov på FOI.

Referenser

• Security aspects of the Authentication used in Quantum Cryptography, Jörgen Cederlöf and Jan-Åke Larsson, Foundations of Probability and Physics-4, 4 - 9 juni 2006, Växjö Universitet, Växjö, http://arxiv.org/abs/quant-ph/0611009.
• No information flow using statistical fluctuations and quantum cryptography, Jan- Åke Larsson, Phys. Rev. A, 69:042317 (2004), also chosen for the May issue 2004 of the Virtual Journal of Quantum Information, http://arxiv.org/abs/quant-ph/0308107.
• A practical Trojan Horse for Bell-inequality-based quantum cryptography, Jan- Åke Larsson, Quantum Information and Computation, 2:434 (2002), http://arxiv.org/abs/quant-ph/0111073.

Publikationer

Licentiatavhandling

Aysajan Abidin, Weaknesses of Authentication inQuantum Cryptography and Strongly Universal Hash Functions (2010)

Artiklar

Abidin, Aysajan; Larsson, Jan-Åke, Vulnerability of "A Novel Protocol-Authentication Algorithm Ruling out a Man-in-the-Middle Attack in Quantum Cryptography" (2009)

Konferensbidrag

Abidin, Aysajan; Larsson, Jan-Åke, Special Properties of Strongly Universal2 Hash Functions Important in Quantum Cryptography (2009)

Sidansvarig: luba.kulesh@liu.se
Senast uppdaterad: 2012-06-28