Hoe kunnen we communicatie beschermen tegen afluisteren als we de apparaten die daarbij worden gebruikt niet vertrouwen? Dit is een van de belangrijkste vragen in onderzoek naar kwantumcryptografie. Onderzoekers van de Universiteit van Basel en ETH Zürich zijn erin geslaagd de theoretische basis te leggen voor een communicatieprotocol dat 100% privacy garandeert.

Het vooruitzicht van hackers in het bezit van kwantumcomputers vormt een serieuze toekomstige bedreiging voor de cryptosystemen van vandaag. Onderzoekers werken daarom aan nieuwe encryptiemethoden op basis van de principes van de kwantummechanica. Echter, huidige coderingsprotocollen gaan ervan uit dat de communicerende apparaten bekend zijn, betrouwbare instanties. Maar wat als dit niet het geval is en de toestellen een achterdeur open laten voor afluisteraanvallen?

Een team van natuurkundigen onder leiding van professor Nicolas Sangouard van de Universiteit van Basel en professor Renato Renner van ETH Zürich hebben de theoretische basis ontwikkeld voor een communicatieprotocol dat ultieme privacybescherming biedt en experimenteel kan worden geïmplementeerd. Dit protocol garandeert niet alleen beveiliging tegen hackers met kwantumcomputers, maar ook in gevallen waarin de apparaten die worden gebruikt voor communicatie "zwarte dozen" zijn waarvan de betrouwbaarheid een volledig onbekende kwaliteit is. Ze publiceerden hun resultaten in het tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven en hebben patent aangevraagd.

Informatie verdunnen met ruis

Hoewel er al enkele theoretische voorstellen zijn voor communicatieprotocollen met zwarte dozen, er was één obstakel voor hun experimentele implementatie:de gebruikte apparaten moesten zeer efficiënt zijn in het detecteren van informatie over de crypto-sleutel. Als te veel van de informatie-eenheden (in de vorm van verstrengelde paren lichtdeeltjes) onopgemerkt bleven, het was onmogelijk om te weten of ze waren onderschept door een derde partij.

Het nieuwe protocol overwint deze hindernis met een truc:de onderzoekers voegen kunstmatige ruis toe aan de feitelijke informatie over de crypto-sleutel. Zelfs als veel van de informatie-eenheden onopgemerkt blijven, een afluisteraar krijgt zo weinig echte informatie over de cryptosleutel dat de veiligheid van het protocol gegarandeerd blijft. Op deze manier, de onderzoekers verlaagden de eis aan de detectie-efficiëntie van de apparaten.

"Sinds de eerste kleinschalige kwantumcomputers beschikbaar zijn, we hebben dringend nieuwe oplossingen nodig om de privacy te beschermen, ", zegt professor Sangouard. "Ons werk is een belangrijke stap in de richting van de volgende mijlpaal in veilige communicatie."