Apakah komunikasi kuantum benar-benar tidak dapat diretas? – Ketertarikan terhadap teknologi kuantum, khususnya komunikasi kuantum, semakin meningkat seiring dengan upaya meningkatkan keamanan data, yang semakin rentan di dunia modern.
Permintaan tersebut muncul dari asumsi bahwa komunikasi melalui teknologi kuantum secara teori tidak mungkin diretas, namun diduga bahwa dalam praktiknya komunikasi tersebut mungkin tidak sepenuhnya aman.
Untuk mengetahui hal ini, para peneliti menyelidiki salah satu jenis kriptografi kuantum yang paling aktif dipelajari yang disebut distribusi kunci kuantum. Mereka ingin mengetahui apakah penyadap benar-benar dapat mengutak-atik transfer kunci, memperoleh informasi mengenai hal tersebut, dan apakah gangguan tersebut tidak terdeteksi oleh pihak-pihak yang berkomunikasi.
“Dengan menggunakan metode [distribusi kunci kuantum], pihak jarak jauh dapat memanfaatkan pengukuran bijaksana yang dilakukan pada keadaan cahaya kuantum untuk menghasilkan kunci rahasia yang hanya diketahui oleh mereka dan kemudian menggunakannya untuk mengenkripsi dan mendekripsi komunikasi mereka,” kata Ariel Ashkenazy, Ph.D. D. mahasiswa di Universitas Bar-Ilan dan salah satu penulis penelitian, melalui email. premium303
“Keamanan protokol ini didasarkan pada prinsip mekanika kuantum, yang merupakan salah satu teori terbaik yang kita miliki untuk menggambarkan alam.”
Menggunakan foton untuk menyandikan informasi
Cara paling aman dalam menerapkan distribusi kunci kuantum yang sering dipertimbangkan dalam studi teoretis adalah dengan mengkodekan kunci dalam keadaan foton tunggal yang ditransmisikan antara pihak-pihak yang berkomunikasi.
Dalam pengaturan ini, keamanan dijamin oleh hukum dasar mekanika kuantum yang menyatakan bahwa mengukur keadaan sistem kuantum pasti akan mengubahnya, yang membuat segala upaya penyadap untuk mencegat dan mengukur foton dapat dideteksi oleh pihak penerima.
Namun, sumber foton tunggal saat ini rumit, mahal, dan memberikan kecepatan transfer data yang rendah. Akibatnya, kunci sering kali dikirimkan menggunakan pulsa laser yang mungkin terdiri dari lebih dari satu foton, sehingga berpotensi membuat protokol menjadi rentan.
“Pada tingkat teoritis, telah diketahui selama bertahun-tahun bahwa implementasi praktis dari distribusi kunci kuantum rentan terhadap apa yang disebut serangan ‘pemecahan nomor foton’,” kata Yuval Idan, salah satu ilmuwan dalam studi tersebut. “Dengan menggunakan serangan ini, si penyadap, Eve, yang mencoba menyimpulkan kunci rahasia yang dihasilkan oleh dua pihak, Alice dan Bob, dapat mencegat gelombang cahaya yang dikirim oleh Alice, memutuskan apakah gelombang tersebut mengandung lebih dari satu foton dan dalam kasus ini mengambil a bagian dari denyut nadi dan mengukurnya untuk mendapatkan informasi berharga.
“Namun, serangan tersebut diyakini berada di luar kemampuan teknologi saat ini, sehingga beberapa peneliti menganggap serangan tersebut ‘tidak realistis’. Mengingat hal di atas, temuan utama dari penelitian kami adalah usulan kemungkinan penerapan serangan pemisahan jumlah foton dengan memanfaatkan kemampuan eksperimental saat ini.”
Menerapkan serangan pemisahan foton
Dalam studi mereka yang dipublikasikan di Advanced Quantum Technologies, para ilmuwan mengeksplorasi implementasi spesifik dari serangan pemisahan foton, di mana penyadap menggunakan metode yang disebut interaksi Raman foton tunggal (SPRINT) untuk memisahkan satu foton dari berkas cahaya.
“Untuk berhasil dalam [serangan] tersebut, diperlukan tingkat kendali yang luar biasa, baik cahaya maupun materi,” kata Eliahu Cohen. “Kami mengusulkan kemampuan yang telah terbukti dalam membuat satu foton berinteraksi dengan satu atom yang dikontrol dengan baik. Interaksi [Raman] ini menghasilkan pantulan satu foton dari pulsa [ke pihak penerima], sedangkan atom yang memantulkan kemudian menjadi “transparan” ke foton berikutnya dalam pulsa [ditransmisikan ke penyadap].”
Dengan menerapkan aturan fisika kuantum pada interaksi foton-atom, para peneliti menghitung jumlah informasi tentang kunci yang dapat diekstraksi oleh penyadap dari semua kecuali satu foton dari berkas, dan tingkat kesalahan yang ditimbulkan oleh interaksi tersebut ke dalam sinyal. yang diperoleh pihak penerima.
Mereka menemukan bahwa jika jumlah foton dalam setiap pulsa laser besar, penyadap dapat memperoleh informasi penting (walaupun tidak semua) tentang kunci yang ditransfer sambil hanya menimbulkan kesalahan kecil pada data yang diperoleh pihak penerima. Temuan ini menunjukkan bahwa distribusi kunci kuantum menggunakan pulsa multi-foton rentan terhadap serangan pemisahan foton, bertentangan dengan pengaturan ideal yang sering dipelajari dalam karya teoretis.
“Hasil kami menunjukkan bahwa serangan pemisahan foton yang hampir ideal berada dalam kemampuan teknologi kontemporer,” kata Ashkenazy. “Namun, hal ini tidak berarti bahwa distribusi kunci kuantum akan berakhir, karena ada beberapa cara untuk bertahan melawan serangan tersebut, baik dengan menggunakan protokol distribusi kunci kuantum yang lebih canggih [yang terdiri dari berbagai metode pengkodean dan dekripsi informasi], atau dengan memanfaatkan teknologi canggih. teknologi seperti detektor penyelesaian nomor foton [memungkinkan deteksi hilangnya foton dari sinar laser].
“Sebaliknya, dari sudut pandang pihak-pihak yang berkomunikasi, hasil kami menggarisbawahi pentingnya mengadopsi tindakan pencegahan terhadap serangan pemisahan nomor foton untuk menjaga keamanan sistem distribusi kunci kuantum. Dari sudut pandang calon penyadap, hasil kami mendorong penerapan eksperimental serangan berbasis SPRINT tersebut.”
Terlepas dari kedalaman dan detail analisis teoretis yang dilakukan oleh penulis, serangan pemisahan nomor foton berdasarkan metode SPRINT hanyalah salah satu dari banyak opsi penyadapan. Untuk memverifikasi validitas kesimpulan mereka untuk metode secara keseluruhan, diperlukan studi eksperimental dan teoritis lebih lanjut tentang peretasan komunikasi kuantum yang aman.
“Laboratorium Barak Dayan [salah satu penulis studi ini] di Weizmann Institute of Science kini melakukan eksperimen untuk mendukung analisis teoretis,” kata Ashkenazy. “Kami yakin hasil ini melekat pada serangan pemisahan jumlah foton.
“Namun, karena analisis kami hanya menyelidiki implementasi spesifik dari serangan tersebut, kami tidak dapat menggunakannya sebagai bukti atas klaim tersebut. Oleh karena itu, penyelidikan lebih lanjut diperlukan mengenai efek serangan pemisahan foton terhadap informasi yang dibawa.”