量子密碼學 Quantum Cryptography

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1 量子密碼學 Quantum Cryptography
陳彥賓

2 A story 目暮警官長和小五郎常在網路上討論辦案的事情 但是……………..

3 現有密碼學之缺陷(目暮警官的煩惱) 依據數學方程式所做之編碼 並非完全無解 若 key 被取得 則密碼就會被破
電腦之計算能力不斷進步 現有之方法總有被暴力解開的一天(量子電腦) 被竊聽也無法發覺

4 針對此問題 阿笠博士嘔心瀝血地研究 最後 發明了………..

5 密碼學之救星 -----量子密碼學 使用環境 : 光纖傳輸 設備 : 兩台filter (polarizer) 一把photon
gun (每位使用者) 兩個頻道 (quantum channel & public channel)

6 編碼方式 : 利用光子的極化方向代表0 or 1 透過 polarizer 送出光子 type A : degree 0 & degree 90 (+ type) type B : degree 45 &degree 135 (X type) 解碼 : 用一個filter (type A or type B)去偵測收到 光子的極化方向 若 光子方向和filter type吻合 就可以正 確地讀 出光子的資 料 (極化方向) 反之 則會無法判讀

7 特性 : 光子在傳遞的過程中 極化 方向不會改變 但光子一旦 通過某個filter 則該個光子 的極化方向就會改變成和 filter相同的極化方向 喪 失了原本的資料特性

8 A practical example 1 目暮用隨機的filter 以光子的極化方向 當做資料傳出 (在quantum channel
中) 2 小五郎隨機使用 type A or B 的filter接 收 3 小五郎解出的資料 type A B A B A A B A A A A B B A B B B A

9 example cont’d 4 在另一個頻道中(public channel) 目暮告訴小五 郎他的filter是否選擇正 確
5 小五郎得知何者為正 確的資料 (不需要透露 任何資料) 目暮的data

10 example cont’d 6 目暮和小五郎在public channel 中check某 些bit 確定是否有人監聽
7 若發現資料有損壞(可能有人竊聽)目暮 和小五郎就重傳資料 直到確定沒有人 竊聽為止 那這筆資料 就可以當做key 來編碼其他資料

11 量子密碼的威力 防竊聽 :因為發送光子所用的filter為 隨機 不能夠正確地找到對 應的filter 竊聽失敗
隨機 不能夠正確地找到對 應的filter 竊聽失敗 Quantum channel Public channel

12 防阻斷攻擊 : 若有人惡意攔截光子 則會 因無法複製出一個一模一樣 的封包 接收端可以偵查出 這個現象 進而加以防堵
的封包 接收端可以偵查出 這個現象 進而加以防堵 (man in the middle) Quantum channel Public channel

13 黑社會無法再對目暮和小五郎竊 聽 導致小五郎破案連連 許多 角頭老大都被抓走了 不得已只 好派出沃卡和琴酒出馬調查量子密 碼學的弱點
黑社會無法再對目暮和小五郎竊 聽 導致小五郎破案連連 許多 角頭老大都被抓走了 不得已只 好派出沃卡和琴酒出馬調查量子密 碼學的弱點

14 目前此方法受到物理上的限制 (因為光訊號在光纖中傳遞需要repeater,而放大的動作會破壞光子極化方向) ,目前最遠到達67 公里長
沃加和琴酒的調查報告 量子密碼學的弱點 目前此方法受到物理上的限制 (因為光訊號在光纖中傳遞需要repeater,而放大的動作會破壞光子極化方向) ,目前最遠到達67 公里長 極化方向受到noise的影響 若有人監聽所造成的原資料損壞 會被誤以為是noise而被忽略