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Mittwoch, 30. November 2005
Quantenkryptograhpie

Der Begriff klingt sehr kryptisch und ist es auch tatsächlich. Dennoch versuche ich im Ansatz dieses Thema ein
wenig zu beleuchten.

 Kryptographie

 "Kryptographie ist ganz allgemein die Kunst, eine Nachricht so zu verschlüsseln, dass sie für unbeteiligte Personen unlesbar ist und ohne jeglichen Informationsgehalt ist." (1)

Schon seit längeren gibt es die Methode der Verschlüsselung mit Hilfe öffentlicher und privater Schlüssel.

Es werden in diesem Zusammenhang die Namen Alice als Sender und Bob als Empfänger einer Nachricht verwendet.Bob gibt als potentieller Empfänger einer Nachricht und gibt seinen Schlüssel öffentlich bekannt gibt. Jeder der an Bob eine Nachricht sendet, kann diesen Schlüssel zum Chiffrieren seines Textes verwenden. Das RSA Kryptographierverfahren gilt als bekanntestes Beispiel dieser Verschlüsselungsmethode. Daneben gibt es noch viele weitere "klassische Kryptograhierverfahren". 

Definiton Quantenkryptographie 

"Es ist damit kein kryptographisches Verfahren im klassischen Sinne. Vielmehr dient es dazu, Zufallszahlen von einer Station zu einer anderen zu übertragen. Diese
Zufallszahlen können dann zur Verschlüsselung von einer Nachricht verwendet werden (beispielsweise im One-Time-Pad Verfahren)." (2)

Quantenkryptographie ist demgemäß eine Methode zum sicheren Schlüsselaustausch zwischen zwei Kommunikationspartnern.  

Entwicklung 

Die Qantenkryptographie wurde zum erstenmal von Forschern bei IBM 1989 demonstriert. Die Quantenkryptographie verwendet Photonen als Informationsträger. Diese sind relativ einfach zu
erzeugen und lassen sich mit Hilfe von Glasfasern transportieren Dabei war es möglich mit einzelne Photonen einen Schlüssel über einen Transportweg von 30 cm zu übertragen. Seitdem wurden klarerweise große Fortschritte erzielt.

Prinzip

Die Quantenkryptographie beruht auf den physikalischen Theorien der Quantenmechanik. Dabei wird ein einzelnes Photon mit einer bestimmten Polarisation auf die Reise geschickt.Diese Information kann der
Empfänger empfangen.

"Es ist aber nicht möglich dieses eine Photon in der Polarisation, in der es ausgesandt wurde zu kopieren.Daher kann ein
Angreifer die Verbindung nicht unbemerkt abhören, dies hängt mit den Prinzipien der Quantenmechanik zusammen. "
(2)

Vorgehensweise 

Alice, der Sender, will Bob mit Hilfe der Quantenkryptographie einen Schlüssel schicken. Es werden dabei Photonen
verwendet. Die Photonen sind polarisiert. Der Grad der Polarisierung der Photonen wird von beiden gemessen werden. Photonen können horizontal oder
vertikal polarisiert sein.  Daneben können Photonen auch verschiedenartig diagonal polarisiert sein. Entweder sie arbeiten mit ganz normalen Photonen oder mit verschränkten Photonen. 

Die erste Vorgehensweise möchte ich kurz im Ansatz kurz erläutern:
Alice erzeugt ein Photon, misst die Polarisationsrichtung und
überträgt das Photon an Bob.Bob misst ebenfalls die Polarisation des empfangenen Photons. Nun können Alice und Bob die geheime Zufallszahl errechnen. Dazu weisen sie den unterschiedlichen Polarisationsgraden verschiedene Bitwerte zu. zB 0 für horizontale Polarisation, oder 1 für vertikale Polarisation.

Alice und Bob tauschen nun über einen öffentlichen Kanal aus, auf welche Art sie die Polaristation gemessen haben. Alice teilt Bob mit, welche Ergebnisse er für den Schlüssel verwenden darf. Die Zufallszahlen sind nun ausgetauscht. Die
Vorgehensweise ist aber noch nicht abhörsicher. Die genauen Erläuterung würde i.d.Zshg. allerdings zu weit führen.

Ich möchte es nun dabei belassen und hoffe, dass ich euch einen kurzen Einblick in dieses hoch komplexe Thema geben konnte.

Quellen: 

1)
Wolfgang Tittel, Jürgen Brendel, Nicolas Gisin, Grégoire Ribordy, Hugo Zbinden
  

http://www.pro-physik.de/Phy/pdfs/ISSART12536DE.PDF

2)
http://de.wikipedia.org/wiki/Quantenkryptographie

 

 

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