Security of quantum key distribution

Abstract

Der sicheren Übertragung und Aufbewahrung vertraulicher Daten kommt in unserer von Information dominierten Gesellschaft immer grössere Bedeutung zu. Die heute gebräuchlichen Verfahren zur Datenverschlüsselung bieten allerdings nur berschränkte, so-genannt berechenmässige, Sicherheit. Das bedeutet, dass diese prinzipiell von einem Angreifer, der über genügend Rechenleistung (zum Beispiel einen, heute noch hypothetischen, Quantencomputer) verfügt, gebrochen werden können. Quantenkryptographie bietet eine mögliche Alternative zu diesen klassischen Verfahren. So ermöglicht beispielsweise ein Quantum Key Distribution (QKD) Protokoll, einen geheimen Schlüssel sicher zwischen zwei entfernten Parteien auszutauschen. Die Sicherheit beruht dabei alleinig auf physikalischen Gesetzen - es müssen also, im Gegensatz zu berechenmässig sicherer Kryptographie, keine Annahmen über die Rechenleistung eines Angreifers gemacht werden. Ein weiterer Vorteil der Quantenkryptographie ist, dass deren Sicherheit rigoros bewiesen werden kann (während berechenmässige Sicherheit üblicherweise auf unbewiesenen Vermutungen über die Schwierigkeit gewisser mathematischer Probleme wie Faktorisieren beruht). Jedoch sind solche Sicherheitsbeweise bisher nur beschränkt auf praktische Implementierungen anwendbar. Das Ziel dieser Arbeit ist es, allgemein verwendbare informationstheoretische Techniken zur Analyse von Quantensystemen zur Verfügung zu stellen. Angewandt auf QKD ermöglichen diese Techniken starke und konzeptuell einfache Sicherheitsbeweise, welche problemlos an fast beliebige (praxisnahe) Modelle und Protokollvariationen angepasst werden können.