رمزنگاری از کلاسیک تا کوانتوم

ارائه دهنده :پارسا رنگریز (ورودی ۹۷ کارشناسی فیزیک)

ریشه واژه‌ی cryptography، دو کلمه‌ی یونانی به معنی «محرمانه» و «نوشتن» است. در اصل، رمزنگاری دانش تغییردادن متن پیام یا اطلاعات به کمک کلیدرمز یا استفاده از الگوریتم رمز است. به طوری که شخصی که از کلید و الگوریتم اطلاع ندارد، نمی‌­تواند به اطلاعات دسترسی پیدا‌کند.

رمزنگاری کلاسیک، پیشینه طولانی و درخشان دارد که به هزاران سال پیش برمی‌گردد. بنابراین تا به امروز روش‌های بسیار متنوعی برای رمزنگاری طراحی شده‌است. هر یک از این روش ها میزان امنیت متفاوتی دارند اما هیچ یک از آن ها کاملا امن نیستند و در طول تاریخ روش و ابزارهای مختلفی (مانند ماشین انیگما) برای شکستن رمز خلق شده‌اند.

ماشین انیگما (Enigma)

بعد از دوره کلاسیک که تا اواخر جنگ جهانی دوم ادامه داشت، روش‌های نوینی به میان آمد که می‌توان به یکی از معروف‌ترین آن‌ها که روش RSA است، اشاره نمود. در واقع در این روش‌های نوین از مباحثی مثل رمزنگاری با کلیدهای متقارن و نیز رمزنگاری با کلید‌های عمومی و خصوصی اشاره کرد. اما دیری نپاید که این روش‌ها نیز شکست خواهند خورد و با استفاده از تئوری‌های جدید کوانتومی می‌توان این نوع رمزنگاری را ناامن کرد.

جدیدترین نسل تبادل اطلاعات به صورت امن، رمزنگاری کوانتومی است که انجام عملیات گوناگون رمزگذاری را که با تبادلات کلاسیک و نوین ناامن است میسر می‌سازد. مکانیک کوانتومی تضمین می‌کند که با اندازه‌گیری داده‌های کوانتومی، این اطلاعات از بین می‌روند. از این ویژگی می‌توان برای تشخیص مداخله دشمن در یک پیغام استفاده کرد.

یکی از روش‌های رایج در انتقال اطلاعات کوانتومی، استفاده از دورنوردی کوانتومی (Quantum teleportation) است. برای تبادل اطلاعات از طریق دورنوردی کوانتومی با استفاده از فوتون، ابتدا دو فوتون را با هم درهم‌تنیده (entanglement) می­‌کنیم. سپس این دو فوتون به گیرنده و فرستنده ارسال می‌شود. فرستنده، فوتون حاوی اطلاعات را با فوتونی که دریافت کرده درهم‌تنیده می­‌کند. با توجه به اصول کوانتوم و درهم­تنیدگی، می‌­دانیم هر تغییری که در فوتون فرستنده اتفاق بیفتد، در فوتون گیرنده هم اثرگذار است. بنابراین اطلاعات به نوعی به گیرنده منتقل می­‌شود. اما همچنان گیرنده نمی‌­تواند اطلاعات دقیق را استخراج کند، چرا که هنگام اندازه‌­گیری فوتون، شکل فوتون­‌ها تغییر می‌کند. برای سه فوتون درهم تنیده ­شده، چهار حالت‌ مختلف وجود دارد. اکنون نوبت این است که فرستنده یک جفت بیت کلاسیک (برای کدکردن 4حالت به صورت باینری،دو بیت نیاز است) را به هر روشی که می‌شناسد مخابره کند تا از این طریق به گیرنده کمک کند که چه عملگر کوانتومی بر روی کیوبیت (Quantum bit) خود اعمال کند که فوتون موجود در دست فرستنده را دوباره بازسازی نماید.

سلسله جلسات چای و فیزیک ۱۷اردیبهشت ۱۴۰۰