Até hoje, usamos sistemas baseados em binário, ou seja, em 1 ou 0, ligado e desligado, mas, neste caso, vamos nos concentrar em algo que vai além do mundo binário, que é o mundo quântico. Bem, os computadores quânticos baseados nos princípios da mecânica quântica permitem trabalhar fora do estado binário, com isso podem realizar vários processos ao mesmo tempo, sendo assim extremamente rápidos na resolução de problemas criptográficos de forma mais eficiente, um sistema quântico poderia quebrar cifras rapidamente em comparação com o binário (poderia levar centenas de anos para resolver a cifra “x”).
Criptografia pós-quântica (PQC):
A criptografia quântica é baseada em rede, o que implica o Teorema da Não-Clonagem, que garante a segurança em esquemas como o QKD (Quantum Key Distribution), já que um invasor não pode copiar um estado quântico e obter a chave sem ser detectado. Se ele tentasse fazer isso, qualquer tentativa de medição interromperia o estado e os participantes (como Alice e Bob) saberiam que havia ocorrido um ataque.
Declaração do teorema:
Dado um estado quântico ∣ψ⟩|, não há nenhuma operação quântica que possa copiar perfeitamente esse estado desconhecido. Em outras palavras, não existe um processo unitário U tal que, para qualquer estado quântico ∣ψ⟩|, ele seja satisfeito:
U(∣ψ⟩⊗∣0⟩)=∣ψ⟩⊗∣ψ⟩
Onde:
⦁ ∣ψ⟩ é o estado quântico original.
⦁ ∣0⟩ é um estado de terra inicial vazio.
⦁ ∣ψ⟩⊗⊗∣ψ⟩ é o estado que representaria a cópia desejada do estado quântico original.
Sua base está na dificuldade de resolver certos problemas matemáticos associados a estruturas geométricas compostas de pontos regularmente distribuídos em um espaço multidimensional que, embora simples em poucas dimensões, tornam-se incrivelmente complexos em espaços de alta dimensão.
Os pontos em tal estrutura são o resultado da adição ou subtração de múltiplos inteiros de um conjunto de vetores da base. Embora em duas dimensões essas operações sejam relativamente simples, em dimensões maiores, a solução desses problemas torna-se computacionalmente difícil.
Distribuição de chave quântica (QKD):
A distribuição de chaves quânticas (QKD) é uma abordagem inovadora que usa as propriedades quânticas da luz, em vez de depender de matemática complexa, para proteger a geração e a distribuição de chaves de criptografia entre duas partes. Essa abordagem forma a base das redes de segurança quântica, fornecendo uma solução criptográfica que é resiliente até mesmo contra ataques de computadores quânticos.
Operação do QKD:
Propriedades quânticas da luz
O QKD baseia-se em princípios da física quântica, como o princípio da incerteza de Heisenberg e o teorema da não clonagem, que garantem que qualquer tentativa de interceptar as chaves quânticas geradas altere seu estado, permitindo que as partes detectem uma invasão.
Geração de chaves aleatórias
As chaves de criptografia geradas pelo QKD são completamente aleatórias, o que as torna praticamente impossíveis de prever. Diferentemente dos métodos tradicionais, em que as chaves são geradas por algoritmos matemáticos, a QKD usa fótons (partículas de luz) para transmitir informações sobre as chaves.
Segurança à prova de quantum
Uma das principais vantagens do QKD é que ele oferece segurança à prova de computadores quânticos. Embora os computadores quânticos possam ameaçar a criptografia com base em algoritmos tradicionais (como RSA ou ECC), o QKD permanece seguro, pois não depende da dificuldade computacional, mas das leis da física quântica.
Protocolo BB84
O protocolo mais comumente usado no QKD é o BB84, desenvolvido por Charles Bennett e Gilles Brassard em 1984. Esse protocolo permite que duas partes, comumente chamadas de Alice e Bob, troquem chaves criptográficas com segurança em um canal quântico, enquanto usam um canal público tradicional para verificar e corrigir erros.
Garantia de detecção de intrusão:
Um dos destaques do QKD é sua capacidade de detectar qualquer tentativa de espionagem. Se um adversário tentar interceptar os fótons usados para gerar as chaves, sua intervenção alterará as propriedades quânticas dos fótons, alertando as partes envolvidas sobre a presença de um intruso, e as chaves afetadas poderão ser descartadas.
Você pode encontrar um laboratório que simula o BB84 no link a seguir.
Tecnologias atuais
A empresa japonesa Toshiba desenvolveu sistemas de hardware associados ao QKD.
Conclusão
O mundo da segurança quântica é complexo e abrangente. Apesar do progresso que foi feito, ainda há muito mais a ser explorado. Manter-se à frente da curva é um imperativo no campo da segurança cibernética, onde as ameaças e as tecnologias evoluem todos os dias, exigindo novas soluções e abordagens inovadoras para garantir a proteção das informações em um ambiente cada vez mais desafiador.
Referências:
https://csrc.nist.gov/projects/post-quantum-cryptography
https://www.global.toshiba/ww/products-solutions/security-ict/qkd.html
