Kuantum Anahtar Dağıtımı: Fizik Kanunlarına Dayanan Güvenli İletişim

Kuantum Kriptografinin Temel Mantığı

Kuantum kriptografi, kriptografik görevleri gerçekleştirmek için kuantum mekaniği özelliklerinden yararlanma bilidir. Bu bilimin en iyi bilinen örneği, anahtar değişimi sorununa bilgi teorik açıdan güvenli bir çözüm sunan “kuantum anahtar dağıtımı”dır. Kuantum kriptografinin avantajı, yalnızka klasik (yani kuantum olmayan) iletişim kullanılarak imkansız olduğu kanıtlanan veya varsayılan çeşitli kriptografik görevlerin tamamlanmasına izin vermesidir. Örneğin, bir kuantum durumu içinde kodlanmış kopyalanması imkansız veridir. Eğer biri kodlanmış veriyi okumaya çalışırsa, kuantum durumu dalga fonksiyonu çökmesi nedeniyle değişecektir (klonlama yok teoremi). Bu durum, kuantum anahtar dağıtımında (QKD) gizli dinlemeyi tespit etmek için kullanılabilir.

Anahtar İletiminin Kritik Rolü

Kriptolojinin en önemli inceleme konusu anahtar iletimi ve anahtar iletiminde kullanılan protokollerdir. Günümüzde kullanılan birçok şifreleme algoritması herkes tarafından bilinmektedir. Örneğin AES ve DES gibi simetrik şifreleme algoritmaları ile şifrelenmiş metinler ters yönde çalışan fonksiyonlarla birbirine bağlı ve paralel çalışan on binlerce bilgisayarla çözübilmesi teknik olarak mümkündür. Günümüzde kullanılan bu şifreleme algoritmalarındaki temel hedef şifreli metni çözmeyi geciktirmek ve dolayısıyla değersiz hale getirmek. Söz gelimi 2000 yılında askeri amaçlarla şifrelenmiş gizli bir metnin 1 milyon yıl sonra çözülmesinin bir değeri olmayacaktır.

Ancak şifreleme algoritması ne kadar karışık olursa olsun şifrelemede kullanılan anahtar ele geçirildiği zaman şifrenin hiçbir önemi kalmamaktadır. Bu yüzden bu tür şifreleme algoritmalarında mümkün olduğunca büyük şifreleme blokları, fazla sayıda bit içeren anahtarlar ve karmaşık matematiksel fonksiyolar kullanılır. Ancak bu klasik algoritmalar %100 güvenli değildir. %100 güvenlikten kasıt, alıcı ve verici arasına giren bir kişinin kendisini fark ettirmeden anahtarı tamamıyla elde etmesinin önüne geçilmesidir.

Fizik Kanunlarına Dayanan Güvenlik

Kuantum kriptografi %100 güvenliği şimdilik sağlamaktadır. Yani alıcı ve verici arasındaki anahtar değişim kuralını güvenli hale getirir. Kuantum kriptografi tekniği temel bir fizik kanunu olan Heisenberg’ün belirsizlik ilkesine dayanmaktadır. Bu ilkeye göre kuantum mekaniğinin temel ögesi olan bir fotonun aynı anda iki özelliği bilinemez. Bu da iletişim kanalındaki bir fotonun klonlanmasını (kopyalanmasını) imkânsız hale getirmektedir. Kısacası günümüz teknolojisinde fiber optik ağ üzerindeki bir fotonun yeni bir kopyası çıkarılamaz. İşte kuantum kripto tekniği fotonun bu özelliğinden faydalanarak güvenli bir anahtar iletimi sağlar.

Kuantum Mekaniğinin Arka Planı

Kuantum mekaniği, teorik fiziğin temel dallarından olup, atom ve atom altı seviyelerde klasik mekanik ve klasik elektromanyetizmanın yerini almıştır. Belirsizlik ilkesi, anti madde, Planck sabiti, kara madde, dalga teorisi, kuantum alanları, olasılık teorisi, kaos teorisi gibi kavram ve teoriler bu alanda geliştirilmiştir. Kuantum mekaniği, Einstein’ın madde ile enerjinin birbirine dönüşebilen bir gerçeklik olduğunu bulmasıyla beraber, elektronların hareketlerinin bildiğimiz fizik kurallarının hiçbirine benzemediğini keşfeden bilim insanların çalışmalarına verilen addır.

Foton Telepatisi Deneyi

İsviçre’de yapılan bir deney sırasında, aralarında 10 km uzaklık olan iki fotonun, sonucu önceden bilinemeyecek olan bir durumda, tıpatıp aynı şekilde davrandıkları görüldü. Deney Cenevre’de ve ondan sırasıyla 7,3 km ve 4,5 km uzaklıktaki Bernex和 Bellevue kentleri arasında yapıldı. Bu deney, birbirlerinden uzak olan iki fotonun, bir “iletişim hâlinde” olduklarını göstermek amacıyla yapılmıştı. İsviçreli fizikçiler kesin olarak şu gözlemi yapmışlardır: Aralarında 10 km uzaklık olan iki foton, ayna karşısında her seferinde birbirleriyle aynı davranış göstermişlerdir.

1981’de Fransız fizikçi Alain Aspect, Orsay Optik Enstitüsü’nde daha küçük ölçekte yaptığı laboratuvar deneylerinde, dünyada ilk defa iki parçacığın her an özdeş davranışlar gösterebileceğini bulmuştur. Ancak İsviçre’deki deney farklıdır; burada iki foton arasındaki uzaklık 10 km’dir. Bu deneyin yararı, uzun süre kuantum fiziği deneylerinin ancak laboratuvarda yapılabileceğine inanılmasıydı; aralarında 10 km olan iki fotonun her an tıpatıp aynı davranışları göstermesi, bu gerçeğe dayanan yeni bir teknoloji geliştirilmesi umutlarını doğurmuştur.

Bu açıklama Vikipedi kaynaklarından uyarlanmıştır ve şu lisans altında sunulur: CC BY-SA 4.0.