양자 암호화 알고리즘의 핵심 부분 중 하나는 양자 키 분배 알고리즘이다. 공부한 것들을 요약해서 적어둔다.

얽힌 상태를 만들 수 있는 2상태 양자계는 뭐든지 써먹을 수 있지만, 일단은 광자의 편광을 기준으로 한다. VH편광과 DA편광, 이렇게 두개를 측정 기저로 사용해 보자.


D=H+V이고 A=H-V이다.


BB84 프로토콜

제일 처음 제안된 프로토콜이다. 일단 앨리스가 단일광자광원을 준비한다. 얘는 신호가 들어가면 광자를 딱 1개만 내보내는 그런 광원이다.

앨리스는 밥에게 V, H, D, A중 아무거나 하나로 편광을 만들어서 보낸다. 밥은 앨리스로부터 받은 신호를 V, H, D, A중 아무거나 하나로 측정한다. 각자 측정한 방법이랑 측정 결과를 잘 기록해 둔다. 그리고 측정이 다 끝나면 앨리스와 밥이 각자 어떻게 측정했는지 측정 순서를 서로 공유한다. 측정 순서를 공유하는 통신은 보안이 될 필요가 없다. 그냥 확실하게 전달되기만 하면 된다. 누가 봐도 됨.

그럼 앨리스랑 밥은 똑같은 방법으로 측정한 경우만 골라서 암호화 키로 사용한다. 그리고 자기가 보내고 싶은 메시지를 암호화 해서 통신한다.

앨리스가 V나 H로 측정한 경우 밥이 D나 A로 받게 되면 결과가 맘대로 나오기 때문에, 측정 결과 자체를 꺼내가지 않는 한 측정 방법의 공유만으로는 암호화 키가 새어나가지 않는다. 키를 미리 만들어서 공유하는 것이 아니라, 뭐가 나올지는 모르지만 일단 결과를 알고 나서 그 중에 맞는 것만 골라내기 때문에 안전하다.

문제는 광자가 한번에 2개 이상 나오는 경우가 자주 있으면, 중간에 도청자가 광자를 골라내서 자기도 같은 측정을 할 수 있다는 것이다. 그리고 전송 채널과 검출기가 완벽하지 않으면(100%전달 100% 검출이 안되는 경우), 신호가 안 나오는 것이 도청떄문인지 검출기 문제인지 전송 채널 문제인지 알 수가 없다.

http://www.research.ibm.com/people/b/bennetc/bennettc198469790513.pdf


B92 프로토콜

BB84 프로토콜의 두명의 B중 하나가 좀 더 개선된 제안을 내놓았다.

여기서는 H랑 V만 사용한다. H는 0을 배당하고 V에는 1을 배당한다.

앨리스는 H로 보내거나 V로 보낸다. 밥은 H로 받거나 V로 받는다. 앨리스가 H로 보냈는데 밥이 H로 받으면 측정이 잘 되겠지. 앨리스가 H로 보냈는데 밥이 V로 받으면 측정이 안되겠지. 앨리스가 V로 보낸 경우도, 밥이 V로 받으면 측정이 잘 되고 밥이 H로 받으면 측정이 안된다.

이제, 밥은 앨리스한테 "됐다"랑 "안됐다"만 알려주면 된다. 그럼 그걸 도청해도 뭐가 됐는지는 알 수 없고, 두 사람은 됐다-안됐다 결과랑 자기가 실험한 V/H 선택 결과를 알고 있으므로 그중에 "됐다"만 골라서 암호화 키로 쓰면 된다.

여전히 광자가 2개 이상 생성되는 광원을 사용하면 문제가 생긴다.

http://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.68.3121


Eckert 프로토콜

중간에 찰리가 얽힌 2광자 광원을 갖고 있다. 하나는 앨리스에게 보내고 다른 하나는 밥에게 보낸다. 앨리스는 V, H, D, A중 아무거나 골라서 측정하고, 밥도 마찬가지로 4개중 하나를 맘대로 측정한다. 그리고 서로 어떻게 측정했는지만 공유하고 결과는 알리지 않는다. 양자역학에 의해, 같은 방법으로 측정한 경우 서로 같은 결과를 얻는다는 것은 명백하기 때문에 서로 같은 방법으로 측정한 경우만 골라서 암호화 키로 사용하기로 한다.

BB84랑 같은데, 확실하게 여기서는 앨리스와 밥은 각각 1개의 광자만을 받게 되므로 보다 안전하다. 그러나 여전히 확실하게 검출할 수 있는 검출기가 필요하다. 검출기가 신호를 놓치게 되면 키 교환율이 떨어진다.

http://prola.aps.org/pdf/PRL/v67/i6/p661_1


Device independent QKD

Measurement Device Independent QKD

Plug and Play Measurement Device Independent QKD


위의 세가지는 다음 기회에...


by snowall 2015.02.03 02:21
  • Artdb 2015.02.13 13:51 신고 ADDR EDIT/DEL REPLY

    잘봤습니다! 흥미롭네요. 아직 이해할 수준은 아니지만..