Investigadores de ETH Zürich y la Universidad Nacional de Singapur han llevado a cabo un estudio para investigar si la destilación ventajosa, una técnica de criptografía clásica que hasta ahora nunca se ha implementado con éxito, se puede aplicar a sistemas de distribución de claves cuánticas independientes del dispositivo (DIQKD) con el objetivo de crear una clave secreta para la comunicación entre diferentes partes. El término DIQKD describe una forma novedosa de criptografía cuántica que permite a los usuarios honestos certificar la seguridad de la información utilizando únicamente las estadísticas de medición observadas.

Esto significa que la seguridad se basa en la detección de no localidad cuántica, lo que garantiza que ninguna otra parte, además de los usuarios honestos, puede correlacionarse con la clave generada. Protocolos DIQKD, que se basan en las leyes de la física cuántica, son una adaptación de los enfoques de distribución de claves cuánticas (QKD) más tradicionales.

El objetivo clave de los enfoques QKD convencionales es extraer una clave de las correlaciones obtenidas midiendo una serie de sistemas cuánticos. Protocolos DIQKD, por otra parte, se basan en observaciones pasadas que sugieren que cuando estas correlaciones violan una desigualdad de Bell, se puede extraer una clave segura incluso si los diferentes dispositivos de los usuarios no están completamente caracterizados.

En otras palabras, al evaluar la seguridad de los protocolos DIQKD, los usuarios no necesitan asumir que los dispositivos de comunicación funcionan de acuerdo con sus especificaciones. Esto está en marcado contraste con la dependencia del dispositivo observada en los protocolos QKD tradicionales, que normalmente asumen que los dispositivos conectados están implementando un rango específico de operaciones cuánticas.

Esta característica única de DIQKD puede mejorar significativamente la seguridad de las comunicaciones y los intercambios de datos, ya que permanece seguro incluso si un atacante logra influir en el comportamiento de los dispositivos de los usuarios. Esta mayor seguridad, sin embargo, a menudo va acompañado de una limitación crucial:para lograr tasas de claves positivas, Los protocolos DIQKD requieren bajos niveles de ruido. En su papel publicado en Cartas de revisión física , Ernest Tan, Charles Lim y Renato Renner intentaron superar esta limitación utilizando una técnica de criptografía conocida como "destilación ventajosa".

"En la década de 1990, A los criptógrafos clásicos se les ocurrió la propuesta de generar claves criptográficas a partir de la radiación de fondo cósmica, "Renner dijo a Phys.org." La idea era que la radiación se puede medir en todas partes, entonces dos fiestas, dicen Alice y Bob, a quien le gustaría comunicarse en secreto, puede escuchar la radiación y generar una clave común a partir de ella, que luego podrían usar para encriptar su canal de comunicación. El problema (obvio) es, por supuesto, que un adversario, Víspera, puede escuchar la misma radiación, y por lo tanto inferir la misma clave también, para que no sea un secreto ".

Para evitar que un tercero acceda a una comunicación privada entre dos personas, Los criptógrafos introdujeron una técnica conocida como destilación ventajosa. Esta técnica permite que dos personas que se están comunicando (p. Ej., Alice y Bob) para identificar segmentos de radiación de fondo cósmico donde tienen una ventaja sobre una parte intrusa (por ejemplo, Eva).

Esto significa que en estas partes particulares de la radiación, Las señales medidas de Alice se correlacionan más fuertemente con las de Bob que con las de Eve. Como consecuencia, estas partes se pueden usar para generar una clave secreta a la que Eve no puede acceder.

"Si bien esta idea parecía prometedora, nunca llegó a aplicaciones prácticas, "Dijo Renner." La razón de esto es que las suposiciones que deben hacerse sobre la radiación resultaron ser poco realistas ".

DIQKD y el escenario considerado originalmente para la destilación ventajosa comparten varias similitudes. En DIQKD, sin embargo, la radiación es reemplazada por una señal que consta de pares de partículas entrelazadas, distribuido por una fuente no confiable, que incluso puede ser controlado por el tercero, partido intruso. Basado en esta similitud, los investigadores se propusieron explorar si la idea de la destilación ventajosa es realmente aplicable a DIQKD y si puede mejorar su tolerancia al ruido.

"Un desafío principal en DIQKD es que casi no se sabe nada sobre la información que pudo haber reunido la adversaria Eva, "Renner explicó." En principio, esa información podría incluso constar de una cantidad infinita de qubits. Por lo tanto, tuvimos que utilizar y desarrollar más técnicas de teoría de la información que nos permitan caracterizar esa información no estructurada ".

Usando las técnicas que desarrollaron, los investigadores pudieron demostrar que la destilación con ventajas es posible incluso en entornos criptográficos extremos, como en DIQKD. Descubrieron que su método permite mejorar los umbrales de tolerancia al ruido más allá de los valores previamente conocidos, lo que debería facilitar la realización de una demostración experimental de DIQKD.

"El santo grial en la comunidad de la criptografía cuántica es tener una demostración experimental segura y en pleno funcionamiento de DIQKD, "Renner dijo." Esto, sin embargo, parece ser muy desafiante, y requiere un esfuerzo conjunto de investigadores experimentales y teóricos ".

En la actualidad, varios físicos están tratando de mejorar los sistemas DIQKD existentes:los experimentales reduciendo el ruido en los dispositivos de comunicación y los teóricos desarrollando protocolos que son menos exigentes en términos de tolerancia al ruido. El estudio realizado por Tan, Lim y Renner, que cae en la última categoría, En última instancia, podría allanar el camino para el desarrollo de nuevos marcos DIQKD que sean seguros y completamente efectivos.

"Nuestro trabajo muestra que la destilación con ventajas puede mejorar la tolerancia al ruido de DIQKD, "Dijo Renner." Sin embargo, Es muy probable que nuestro análisis esté bastante lejos de ser óptimo, ya que algunos de los métodos (muy poderosos) de la teoría de la información cuántica no se podían utilizar en el entorno de DI. Esto significa que ahora necesitamos explorar si las técnicas que usamos pueden generalizarse ".

© 2020 Science X Network