Báo cáo An toàn bảo mật thông tin - Mật mã lượng tử - Một hướng mới trong bảo mật

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN:AN TOÀN BẢO MẬT THÔNG TIN GIÁO VIÊN: Thầy TRẦN NGỌC THÁI NHÓM THỰC HIỆN: 1.BÙI THANH LIÊM 1.VŨ THỊ THU HẰNG Lớp CT702 ĐỀ TÀI: MẬT MÃ LƯỢNG TỬ_ MỘT HƯỚNG MỚI TRONG BẢO MẬT 1/.Giới thiệu Trong tương lai mật mã lượng tử có thể được sử dụng thay cho các loại mật mã khác . Mật mã lượng tử là loại mật mã duy nhất tử trước đến nay không dựa vào độ phức tạp của việc tính toán mà dựa vào quy luật của vật lý lượng tử. Đó là một điều rất quan trọng đảm bảo tính bí mật và xác thực của thông tin,nhất là trong ngày nay khi khoa học công nghệ đang phát triển . 2/.CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA MẬT MÃ LƯỢNG TỬ Tính bất định : Nếu một phần tử có hai tính chất thì một tính chất sẽ bị mất đi khi ta xác định tính chất còn lại. Mật mã lượng tử thực hiện việc mã hoá và giải mãdựa trên tính bất định của các phần tử cực nhỏ như photon Các trạng thái phân cực khác nhau của photon được sử dụng để mã hoá và giải mã. VÍ DỤ: Nếu chúng đo phân cực của một photon thông qua hệ đo phân cục theo đường thẳng. Thì kết quả của phép đo sẽ chỉ ra rằng photon đó phân cực thẳng đứng hay nằm ngang. Cũng tương tự như vậy, khi ta truyền photon đó qua hệ đo phân cực theo đường tròn  Qui ước các kí hiệu : + : Thiết bị đo phân cực theo đường thẳng: V  phân cực đường thẳng đứng H  phân cực đường thẳng ngang o: Thiết bị đo phân cực theo đường tròn: L phân cực theo đường tròn,hướng trái R phân cực theo đường tròn,hướng phải. Trạng thái của các photon khi đi qua các hệ đo phân cực khác nhau được trình bày như sau:          Một photon được đo trong hệ đo phân cực theo đường thẳng (+) , thì trạng thái phân cực của photon đó có thể là phân cực thẳng hoặc phân cực ngang: photon 1  +  V photon 2  +  H    Một photon được gửi liên tiếp qua các hệ đo phân cực giống nhau luôn luôn cho kết quả giống nhau. photon 1  +  +  +  V photon 2  +  +  +  H         Một photon đã được xác định là phân cực thẳng hoặc phân cực ngang nếu được truyền qua một hệ đo phân cực theo đường tròn thì trạng thái phân cực của photon có thể là phân cực tròn theo chiều quay trái,hoặc chiều quay phải. V  o  L hoặc V  o  R          Kết quả cũng tương tự như vậy khi truyền một photon đã được xác định trạng thái phân cực bởi thiết bị phân cực tròn qua một thiết bị phân cực theo đường thẳng. 3/.GIAO THỨC BB84 (Bennett và Brassard ) Để xác định khoá chung giữa người gửi và người nhận. Quy ước như sau:Alice là người gửi,Bob là người nhận. Bước 1:Alice chuẩn bị các photon một cách ngẫu nhiên theo cả hệ đo phân cực theo đường thẳng và hệ đo phân cực theo đường tròn.          Bước 2:Alice ghi lại các trạng thái của từng photon,rồi gửi cho Bob.               Bước 3:Bob nhận các photon và đo trạng thái phân cực một cách ngẫu nhiên theo hệ đo phân cực thẳng hoặc hệ đo phân cực tròn.Bob sẽ ghi lại hệ đo sử dụng để đo phân cực và kết quả của phép đo phân cực (chú ý rằng kết quả của phép đo phân cực gửi bởi Alice có thể không giống khi Bob nhận được nếu Bob không sử dụng hệ đo giống như Alice.   Bước 4:Bob thông báo cho Alice các hệ đo phân cực đã sử dụng nhưng không thông báo kết quả của phép đo.           Bước 5:Alice thông báo cho Bob hệ đo nào là đúng,hệ đo nào là sai(đúng là khi Bob và Alice sử dụng cùng một hệ đo để phân cực của một photon).          Bước 6:Alice và Bob sẽ bỏ đi các dữ liệu mà lấy được từ phép đo khi hệ đo không đúng và đổi các dữ liệu còn lại thành một chuỗi cácbit,theo quy ước như sau: ◄ Đường tròn - hướng trái(L):0 Đường tròn - hướng phải(R):1 ◄ Đường thẳng - nằm ngang(H):0 Đường thẳng - đứng(V):1 Sau đây là một ví dụ minh hoạ giao thức BB84(Bảng 1),giả thiết Alice gửi đi 12 photon,và Bob đều nhận được đầy đủ. Kết quả:Alice và Bob đã có một chuỗi các bit là:1 0 0 1 0 1 1 .Chuỗi các bit này tạo ra khoá mật. Trong hệ mật mã lượng tử,thông tin mà Bob và Alice trao đổi trên kênh truyền chỉ là các hệ đo mà họ đã sử dụng để đo mỗi photon,chứ hoàn toàn khôngcho biết kết quả của phép đó. Vì vậy,rất khó có thể biết được khoá. Nếu mỗi bit thông tin chỉ được mang bởimột photon, bên gửi phải sử dụng nguồn phát một photon . Và nguồn phát đó đã được sử dụng trong mô hình thử nghiệm mật mã lượng tử của phòng thí nghiệm nghiên cứu của NTT. ◄ Nguồn phát 1photon ở bên phát cứ 13ns lại phát ra các photon,các photon này có trạng thái phân cực ngẫu nhiên (một trong 4 trạng thái H,V,R,L) được điều khiển bởi bộ điều biến phân cực.Bộ điều biến phân cực được điều khiển bởi bộ phát tín hiệu dữ liệu.Bộ phát tín hiệu dữ liệu này làm việc ở tốc độ76Mbit /s. ◄ Dữ liệu được ghi lại bởi một máy tính,ở bên thu,các photon thu được được qua bộ chia có hai đầu ra,các đầu ra này có các thiết bị đo trạng thái phân cực ◄ Mỗi photon đi đến một đầu ra nên trạng thái phân cực của một photon có thể là một trong bốn trạng thái phân cực. ◄ Các trạng thái phân cực được gửi từ bên phát và các trạng thái phân cực đo được ở bên thu sẽ được so sánh với nhau. PBS(Polalization beam splitter):Bộ chia phân cực H:Đường thẳng-ngang V:Đường thẳng-đứng R:Đường tròn phải L:Đường tròn trái Thu Phát Hình 1:Mô hình thử nghiệm mật mã lượng tử theo giao thức BB84 Phâncực ngang /thẳng đứng H PBS V Bộ chia tín hiệu Phân cực tròn trái/phải L λµ R PBS IV.Kết luận Mật mã lượng tử là loại mật mã dựa vào các quy luật của vật lý lượng tử và các lý thuyết về thong tin. Cho nên mật mã lượng tử là loại mật mã duy nhất từ trước tới nay mà không thể tấn công bằng sức mạnh tính toán.Điều này rất có ý nghĩa khi mà tốc độ và khả năng tính toán của các máy tính điện tử không ngừng được tăng lên. Vì vậy,mật mã lượng tử có thể là một loại mật mã sử dụng nhiều lần trong tương lai.