Kvantside seisneb andmete ja informatsiooni turvalises edastamises kvantfüüsika põhimõtete abil. Levinud krüptograafiameetodid tuginevad keerukatele matemaatilistele lahenduskäikudele, mis võivad kvantarvutite all kergelt murduda. Kvantside seevastu pakub täiesti uut viisi andmete turvamiseks, kasutades kvantfüüsikat, et tagada andmete oluliselt raskemini murtav krüpteerimine ja pealtkuulamatu edastus. Kvantvõtmete jaotus (QKD – Quantum Key Distribution) on oluline kvanttehnoloogia, mis pakub kõrgematasemelist turvalisust ja võimaldab andmevahetust viisil, milles kõrvalistel osalistel on tänaste teadmiste juures võimatu andmeid pealt kuulata, jäädes tuvastamata.
Kuidas QKD toimib?
QKD ehk kvantvõtmete jagamine põhineb kvantfüüsikalisel ülestusel ja mõõtmise muutlikkusel. QKD-s levitatakse krüptograafilisi võtmeid kvantosakeste, näiteks footonite kaudu, mille olekud võivad eksisteerida superpositsioonis ehk ülestuses. Kui keegi üritab footoneid jälitada neid mõõtes, muutub footonite olek ja seeläbi teavitatakse süsteemi, et andmed on ohus.
QKD süsteemi tüüpiliseks näiteks on BB84 protokoll, kus kaks osalist vahetavad footonite olekutega seotud krüptovõtmeid. Kui keegi üritab footoneid jälitada, põhjustab see võtme moondumise, mida kaks algset osalist saavad automaatselt tuvastada, et peatada andmeedastus ja tagada võtme turvalisus.
Kvantvõtme jagamise (QKD) selgitus
QKD tööpõhimõte on, et kvantolekuid pole võimalik matkida ega mõõta nende olekuid muutmata. Osalised, kes vahetavad võtmeid QKD abil, saavad veenduda, et nendevaheline side on puhas ja turvaline. Kui keegi püüab suhtlust pealt kuulata, moonutub kvantolek, mis on osalistele kohe teada. Seetõttu on QKD äärmiselt usaldusväärne meetod, sest andmete turvalisus pole seotud matemaatiliste ülesannete lahendamise keerukusega, vaid kvantfüüsika põhiseadustega.
QKD-d lõimitakse olemasolevate krüptograafiameetoditega, et luua hübriidsüsteeme, kus andmeturve on mitmekihiline ja vastupidav erinevate rünnakute suhtes, sh tulevikukvantarvutite suhtes.
QKD eelised ja puudused
QKD pakub ülimat turvalisust, sest kõik katsed andmeid jälgida on otsekohe näha. Kvantfüüsika tagab, et mõõtmine muudab kvantbittide olekuid. Sellest johtuvalt saavad osalised olla kindlad, et seni, kuni ei esine häireid, on võti rikkumata. Seepärast on QKD sisuliselt murdmatu, tagades andmete konfidentsiaalsuse isegi kvantarvutite levimisel.
QKD on pikaajaliselt vastupidav. Kui kvantarvutid suudavad tulevikus murda seniseid krüptograafilisi meetodeid, püsib QKD turvalisena, sest ei põhine krüptograafiliste algoritmide keerukusel.
QKD on paraku tehniliselt keerukas ja kallis ning nõuab erilist riistvara, näiteks kvantoptilisi süsteeme ja fotodetektoreid, mida on praegu kallis ja keeruline hooldada. Leviala on samuti piiratud – suurematel vahemaadel on vaja kvantsõlmi või optilisi kiude, mida on täna kallis ja keeruline teha.
QKD rakendused
QKD on eriti kasulik valdkondades, kus andmeturve on esmatähtis. Näiteks on QKD rakendusvaldkonnaks julgeoleku- ja pangandussektor, kus andmete terviklikkus ja turvalisus on äärmiselt oluline. QKD abil on võimalik tagada, et finantstehingud ja tundlike andmete edastamine toimub turvaliselt.
Rakendada võiks ka valitsuste ja diplomaatiliste asutuste vahelises suhtluses, kus salastatud ja tundlike andmete turvalisus on ülioluline. QKD abil saavad riigid tagada, et omavaheline suhtlus on kaitstud ja kõrvalistele isikutele kättesaamatu.
QKD on rakendatav tervishoiusektoris, kus patsientide andmete turvaline edastamine ja hoiustamine on hädavajalik. Lõpuks, QKD edendab kvantinterneti arendamist, et luua tulevikus veelgi turvalisemaid ja kiiremaid andmesidevõrgustikke.
Kvantside areng Eestis
Eesti on kvantside valdkonnas astumas esimesi samme, luues kvantside testvõrku. Eestil on tugev digitaalne infrastruktuur ja e-riigi lahendusteportfell, mistõttu kvantsidet arendatakse, et tagada jätkusuutlikku turvet. Eesti riigi- ja teadusasutused ning kõrgkoolid tegelevad aktiivselt kvantsidetehnoloogia uurimise ja arendamisega, et tagada riiklik turvalisus ja innovatsioon.
E-riigi kvantkrüptograafialahendused rajavad tulevikuks võimekust saavutada sedavõrd kõrgkvaliteetne turbetase, mis tagab riigile, elanikele ja ettevõtetele seninägematult turvalise andmevahetuse ja -halduse.
Kvantside testvõrku arendavad Eestis Riigi Infokommunikatsiooni Sihtasutus, Majandus- ja Kommunikatsiooniministeerium ja AS Metrosert koostöös teadusastuste ja erasektori partneritega.