As compras on-line com segurança quântica estão um passo mais perto – Physics World

As compras on-line com segurança quântica estão um passo mais perto – Physics World

Carimbo de data / hora: 23 de janeiro de 2024 9h00

Uma pessoa segurando um cartão de crédito em uma mão e tocando em uma tela na outra
(Cortesia: iStock/Jay-Yuno)

As compras online cresceram durante a pandemia, mas continuam vulneráveis ​​a fraudes envolvendo compradores e vendedores. A comunicação quântica poderia, em princípio, adicionar outra camada de segurança, mas a verificação segura de uma transação, em vez de simplesmente comunicá-la, requer uma “assinatura” que consiste em milhares de bits quânticos (qubits) para um único bit de mensagem.

Para os sistemas quânticos imperfeitos e barulhentos de hoje, esse é um padrão muito alto, mas pesquisadores da Universidade Chinesa de Nanjing, da Universidade Renmin e do Laboratório Nacional de Física da Matéria Condensada de Pequim encontraram uma maneira de reduzi-lo. Ao usar uma técnica matemática chamada hashing universal único, que gera “chaves” seguras mais curtas, os pesquisadores reduziram substancialmente o número de qubits necessários para verificar uma transação de comércio eletrônico. Eles também consideraram diferentes falhas de fonte realistas com base em um esquema independente dos dispositivos de medição utilizados, evitando assim a necessidade de sinais perfeitos para distribuir a informação.

Do QKD ao QDS

A comunicação quântica baseia-se no princípio de que qualquer pessoa que tente interceptar uma mensagem codificada em estados quânticos interferirá inevitavelmente nesses estados de uma forma que será facilmente detectada. Este princípio já é utilizado na distribuição quântica de chaves (QKD), mas por si só, o QKD não pode garantir a segurança do comércio eletrónico porque apenas fornece um canal de comunicação seguro. Não impõe outros objetivos importantes do comércio eletrónico, como integridade, autenticidade ou não-repúdio (o repúdio ocorre quando uma das partes rejeita o contrato).

Uma forma possível de cumprir esses outros objetivos envolve um método mais complexo conhecido como segurança digital quântica (QDS). Este método usa a transmissão segura de estados quânticos em QKD e a matemática da teoria da informação para gerar chaves exclusivas para assinar um contrato e pagar.

Protocolo ultra-seguro

O protocolo QDS dos pesquisadores envolve três partes: um comerciante, um cliente e um terceiro (TP). Começa com o comerciante preparando duas sequências de estados quânticos coerentes, enquanto o cliente e o TP preparam uma sequência de estados coerentes cada. O comerciante e o cliente enviam então um estado através de um canal quântico seguro para um intermediário, que realiza uma medição de interferência e compartilha o resultado com eles. O mesmo processo ocorre entre o comerciante e o TP. Esses processos paralelos permitem que o comerciante gere duas chaves que usam para criar uma assinatura para o contrato por meio de hashing universal único.

Feito isso, o lojista envia o contrato e a assinatura ao cliente. Se o cliente concordar com o contrato, ele utiliza seu estado quântico para gerar uma chave de forma semelhante ao comerciante e envia essa chave para o TP. Da mesma forma, o TP gera uma chave a partir do seu estado quântico após receber o contrato e a assinatura. Tanto o cliente quanto o TP podem verificar a assinatura calculando a função hash e comparando o resultado com a assinatura. O pagamento pode ser feito do cliente ao TP se ambos verificarem a assinatura. Se algum deles não conseguir verificar a assinatura, o contrato será automaticamente abortado.

Varejista quântico

Os pesquisadores verificaram experimentalmente este protocolo usando fibras ópticas como canais quânticos e um laser pulsado modulado em fase e intensidade para produzir os estados quânticos para geração de chaves. Para eliminar a necessidade de dispositivos perfeitos, eles caracterizaram as falhas de origem deste sistema e combinaram o processo de geração de chaves com um método chamado QKD independente de dispositivo de medição de quatro fases. Este método utiliza a fase dos pulsos ópticos na medição de interferência intermediária para obter uma chave segura mesmo se o intermediário que realiza a medição não for confiável.

Para testar a funcionalidade do sistema, a equipe usou-o para assinar um arquivo contendo 428 KB de dados, que é aproximadamente o tamanho de um contrato de cliente da Amazon Web Services. Eles conseguiram realizar essa assinatura 0.82 vezes por segundo, e o sistema funcionou mesmo com a distância equivalente a 100 km entre o cliente e o estabelecimento.

Membro da equipe Hua-Lei Yin, especialista em comunicações quânticas da Renmin, afirma que o trabalho mostra que é possível usar recursos de não repúdio para realizar o comércio eletrônico de forma tão eficiente e prática quanto as comunicações privadas. O próximo passo será demonstrar a técnica em cenários práticos utilizando redes quânticas metropolitanas reais. “Esperamos colaborar com mais grupos de pesquisa para desenvolver ainda mais a tecnologia quântica (incluindo técnicas de bloqueio de fase e rastreamento de fase de alta precisão) para melhorar as taxas e distâncias de transmissão correspondentes”, diz ele. Mundo da física.

Qin Wang, um especialista em TI e redes da Universidade de Correios e Telecomunicações de Nanjing que não esteve envolvido na pesquisa, afirma que o esquema de comércio eletrônico quântico baseado em QDS oferece maior segurança e praticidade em comparação com os esquemas clássicos correspondentes. A maior conquista da equipe, diz ela, é estender o QDS a um cenário útil no comércio eletrônico, demonstrando assim suas potenciais aplicações na vida cotidiana. Ela, no entanto, critica a configuração óptica do tipo Sagnac usada na demonstração experimental, que ela diz poder ser vulnerável a hacks do tipo “cavalo de Tróia”.

A pesquisa é publicada em Os avanços da ciência.

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