A Criptografia é um conjunto de técnicas que têm como fim o compartilhamento de mensagens de maneira confidencial, ou seja, sem que pessoas indesejadas tenham acesso a mensagem. Atualmente, a criptografia se baseia principalmente na dificuldade da fatoração números primos com muitos dígitos. É algo muito custoso computacionalmente, o que torna o tempo de descoberta da chave (”quebra”) inviável, pois o tempo é proporcional ao número de dígitos ao quadrado. O problema deste método é que a sua segurança está intimamente ligada com a capacidade computacional, e não à impossibilidade físico-matemática de se obter a informação. Com o advento de computadores quânticos, para se fatorar um número de N dígitos, um computador de 2^N qubits (bit quântico) seria o suficiente para realizar a tarefa num tempo plausível.

Mas então, por que Criptografia Quântica?

A sua grande segurança está no princípio da incerteza de Heisenberg, que determina que é impossível termos certeza absoluta de determinados valores para sistemas quânticos, como posição e momento, ou seja, caso medimos um valor para a posição de uma partícula, seu valor no momento vai possuir incerteza. Para isso, são utilizados fótons na transmissão da informação. Cada fóton pode ser considerado uma combinação linear de duas bases: Verticalmente e Horizontalmente polarizado, por exemplo, ou polarizado na Diagonal Direita e Diagonal Esquerda. Utilizamos estas bases para descobrimos a polarização do fóton. Caso utilizarmos uma base errada, receberemos um sinal aleatório. Com isto, podemos gerar nossa chave criptográfica. Vale lembrar que para gerar esta chave criptográfica, o emissor da mensagem precisa avisar ao receptor quais fótons recebeu corretamente via um MEIO INSEGURO. Também, em média o receptor acertará 50% das polarizações.

Para se transmitir uma informação de n bits, geralmente se necessitaria 2^n bits. Com uma tentativa errada de polarizar um fóton (receber informação) altera seu valor, conhecido como “Colapso da função de onda”, onde após a medição o estado assume um valor fixo. Isto porque o fóton estará numa sobreposição de estados, e ao passarmos pelo polarizador, o ”obrigamos” a assumir um dos estados.

Isso faz com que qualquer espião tenha 50% de chances de alterar cada bit da mensagem, e consequentemente ser descoberto!

O que torna a criptografia quântica 100% segura contra a espionagem passiva, algo inviável para a criptografia tradicional. A impossibilidade de clonagem de estados quânticos também a torna perfeita contra a espionagem ativa, que é aquela onde o espião tenta retirar e inserir mensagens da rede. A criptografia quântica só é utilizada para a criação e distribuição de chaves criptográficas, e não para a transmissão de mensagens.

Por que não utilizar a criptografia quântica em todos os sistemas que necessitam de uma boa segurança?

Os maiores feitos até o momento neste setor foram a comunicação a uma distância de 48 km via fibra ótica puríssima, e via atmosfera a uma distância de 1,6 km. A taxa de informação enviada não é muito alta, ficando emtorno de centenas de bits por segundo, porém, já é uma taxa suficientemente boa para chaves simples. Hoje os maiores desafios do setor encontram-se no desenvolvimento de boas fontes de fótons baratas e pequenas, aumentar o alcance da rede de comunicação, e na formação de hackers quânticos capazes de testar a segurança dos protocolos e sistemas. A IBM é uma empresa privada que tem grande interesse no assunto.

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Obrigado por ler! Até a próxima!

Referências

https://pt.wikipedia.org/wiki/Criptografia_quântica

Quantum Mechanics for Scientistis and Engineers – MILLER, David – páginas 427 a 433