- Mô phỏng mật mã lượng tử theo giao thức BB84. - Mô phỏng mật mã lượng tử theo giao thức BB84 là hệ mô phỏng cách làm việc thực tế của hệ phân phối khóa lượng tử. - Hệ thực hiện theo giao thức BB84 cho mật mã lượng tử bao gồm việc sử dụng xung phân cực ánh sáng ñể truyền thông tin trên kênh lượng tử và ñiều chỉnh quá trình phân bố thông tin ñó bằng cách trao ñổi một cách công khai trong một môi trường hoàn toàn mở. - Phần mềm này cho phép n gười sử dụng thử nghiệm giao thức và kết quả nghiên cứu này nhằm chứng minh mật mã lượng tử có tính ưu việt hơn mật mã hiện nay [1].. - Mục ñích mô phỏng mật mã lượng tử Mật mã lượng tử là loại mật mã dựa vào các tính chất của vật lý lượng tử, do ñó ñây là loại mật mã không thể tấn công bằng các sức mạnh tính toán.Vì vậy mật mã lượng tử có thể sẽ trở thành loại mật mã ñược sử dụng nhiều trong tương lai. - Việc kết hợp phương pháp phân tích lí thuyết và công cụ lập trình Java ñể thiết kế chương trình mô phỏng nhằm kiểm chứng lại lý thuyết, làm cơ sở cho các thí nghiệm ñánh giá tính an toàn của giao thức là minh chứng cho khả năng tạo ra sản phẩm mật mã lượng tử [2].. - Giao thức truyền khóa lượng tử [3]. - Trong mật mã lượng tử, các trạng thái phân cực khác nhau của photon ñược sử dụng ñể mã hoá và giải mã. - Nếu chúng ta ño phân cực của một photon thông qua hệ ño phân cực theo. - ñường thẳng thì các kết quả ño sẽ chỉ ra rằng photon ñó phân cực thẳng ñứng hay nằm ngang.. - Hoàn toàn tương tự như vậy cho hệ phân cực chéo.. - thiết bị ño phân cực thẳng.. - վ : phân cực thẳng ñứng.. - phân cực thẳng ngang.. - thiết bị ño phân cực chéo.. - phân cực chéo hướng trái.. - phân cực chéo hướng phải.. - Mã hoá và giải mã lượng tử thực hiện dựa trên trạng thái phân cực của photon. - Trạng thái các photon khi ñi qua các hệ ño phân cực khác nhau như sau. - Một photon trong hệ phân cực thẳng thì có thể là phân cực thẳng ñứng hoặc ngang. - Nếu một photon ñược gửi liên tiếp qua các hệ ño phân cực giống nhau thì cho kết quả không ñổi.. - Một photon phân cực thẳng hoặc ngang nếu truyền qua hệ ño phân cực chéo sẽ cho kết quả là phân cực chéo trái hoặc phải ( վ ⊗ hoặc. - Kết quả hoàn toàn tương tự như vậy khi ta truyền một photon phân cực chéo qua một thiết bị phân cực thẳng.. - lượng tử. - Kẻ nghe trộm trên ñường truyền (Eve) không thể ñọc thông tin mà không làm thay ñổi các trạng thái lượng tử, vì vậy nếu Eve cố tình ñọc thông tin thì sẽ ñể lại dấu vết và bị phát hiện. - Sau khi truyền khoá xong, nếu phát hiện có kẻ nghe trộm thì có thể huỷ bỏ khoá ñó và thực hiện truyền thông tin với một khoá khác, không làm ảnh hưởng ñến thông tin cần bảo mật.. - Quy ước Alice là người gửi thông tin, Bob là người nhận thông tin, còn Eve là người nghe trộm thông tin. - Bước 1: Alice sẽ chọn ngẫu nhiên các photon theo cả hệ ño phân cực thẳng và hệ ño phân cực chéo.. - 1 Hệ ño mà Alice sử dụng ñể ño các photon. - 2 Kết quả các phép ño của Alice gửi ñến. - 3a Các hệ ño Bob sử. - 3b Kết quả phép ño của. - 4 Bob thông báo cho Alice các hệ ño Bob ñã sử dụng. - Bước 3 : Bob nhận các photon và ño trạng thái phân cực một cách ngẫu nhiên theo hệ ño phân cực thẳng hoặc hệ ño phân cực chéo. - Bob ghi lại hệ ño sử dụng ñể ño phân cực và kết quả. - các phép ño phân cực. - Chú ý là kết quả này có thể khác kết quả của Alice nếu như hai người không sử dụng hệ ño giống nhau.. - Bước 4: Bob thông báo cho Alice biết các hệ ño phân cực mà mình ñã sử dụng, nhưng không thông báo kết quả các phép ño.. - Bước 5: Alice thông báo cho Bob biết hệ ño nào là ñúng. - Mô phỏng người muốn lấy cắp thông tin.. - Mô phỏng kênh lượng tử.. - Người gửi và người nhận sẽ trao ñổi thông tin với nhau ñúng theo các giao thức mà người gửi và người nhận thông tin trong thực tế sử dụng. - Hiển thị trên màn hình sẽ là các cửa sổ với các thông số tương ứng của từng nhân vật.. - Họ sẽ truyền thông cho nhau một cách trực tiếp trên một kênh lượng tử và với một môi trường hoàn toàn mở. - Người sử dụng phần mềm có thể thay ñổi các thông số cho từng nhân vật ñể tiến hành thí nghiệm bằng các dòng thông tin có ñộ dài khác nhau và các khoá có ñộ dài khác nhau.. - Khi chạy sẽ xuất hiện các cửa sổ như sau:. - Các cửa sổ thu ñược khi bắt ñầu chạy chương trình.. - Người nghe trộm thông tin là Eve có cửa sổ giao diện tương tự như giao diện người gửi. - Khi sử dụng phần mềm này, có thể thay ñổi các thông số tấn công. - Cửa sổ cài ñặt các thông số của Alice.. - của Eve vào kênh lượng tử. - Do ñó ta dễ dàng thấy ñược những phản ứng khác nhau của kênh lượng tử nhằm bảo ñảm an toàn cho thông tin truyền trên kênh này trước sự tấn công của Eve.. - Kênh lượng tử ñược sử dụng ñể xử lí trong quá trình mã hóa nhằm hiển thị trạng thái của kênh lượng tử. - Ngoài ra nó còn cho phép người sử dụng có thể thí nghiệm trên phần mềm bằng cách cài ñặt các thông số khác nhau cho kênh lượng tử. - Cửa sổ CAI DAT CAC THONG SO (Hình 2) ðộ dài bản tin truyền: Thông số nhập vào phần này phải lớn hơn 10000 và nhỏ hơn 1000000.. - Vai trò của Alice chỉ rõ số lượng bít thông tin sẽ ñược truyền qua kênh lượng tử. - Các khối dùng ñể kiểm tra lỗi: ðây chính là số bít mà Alice sẽ sử dụng trong quá trình kiểm tra lỗi của chuỗi thông tin. - Với mỗi số k này Alice sẽ kiểm tra từng cụm k bit của chuỗi thông tin cho ñến hết, sau ñó ñem kết quả ñó ñể so sánh tính chẵn lẻ với Bob.. - Cửa sổ KET QUA của Alice (Hình 3). - Hiển thị các kết quả của Alice.. - Khóa ban ñầu :ðây chính là tóm tắt về các thông tin lượng tử mà Alice gửi trên kênh lượng tử mà Bob ñọc thành công. - Nếu như hệ thống có thể ñảm bảo Eve không nghe trộm ñược thông tin thì có thể ñây sẽ là khoá cuối cùng (Final Key).. - Nó cho kết quả giống với kết quả của trường này trong cửa sổ của Bob.. - Nó phải cho kết quả giống như trường này trong cửa sổ của Bob.. - Tỉ lệ lỗi: Là tỉ lệ của phần thông tin lượng tử ban ñầu bị lỗi. - ðây là lỗi gây ra do kênh lượng tử chứ không phải do Bob.. - Tỉ lệ lỗi bít do sự tấn công của Eve: Là tỉ số bít lỗi do Eve tấn công vào kênh lượng tử trên tổng số bít truyền qua kênh lượng tử.. - Cỡ khóa mà Eve mong muốn có ñược: Là số bít thông tin chính xác mà Eve mong muốn ñược sở hữu. - ðó là số bít tối thiểu mà dựa vào ñó Eve có thể thu ñược các thông tin mà Alice gửi cho Bob.. - Cửa sổ của Bob (Hình 4). - L à cửa sổ hiển thị các kết quả mà Bob thu ñược. - Trong thực tế các trường khóa ban ñầu, khóa ñã chính xác lỗi, khóa cuối cùng của Bob sẽ cho các kết quả giống như các trường này trong cửa sổ của Alice. - Cửa sổ hiển thị các kết quả của Bob.. - Cửa sổ của Eve (Hình 5) Hệ số tách luồng: Trường này phải có giá trị nằm trong khoảng từ 0 ñến 1.. - Cửa sổ ban ñầu của Eve – người nghe trộm thông tin.. - Trường Kết quả (Hình 6). - Cửa sổ hiển thị các kết quả mà Eve thu ñược.. - Cửa sổ kết quả của Eve cũng giống như cửa sổ kết quả của Bob, ba trường khóa ban ñầu, khóa ñã chính xác lỗi và khóa cuối cùng ñơn giản chỉ là thể hiện các bit mà Eve thu ñược trong các khoá tương ứng. - Cửa sổ ‘kênh công khai’ là cửa sổ ñơn giản nhất trong các cửa sổ của chương trình. - Tất cả những gì hiển thị trong cửa sổ này là một hộp thể hiện tổng số tín hiệu ñược truyền qua kênh.. - Mỗi một dấu hiệu truyền qua kênh ñược thể hiện bằng một ñơn vị và do ñó kết quả thu ñược chính là số tín hiệu mà Alice và Bob truyền cho nhau trong quá trình ñàm phán ñể thiết lập khóa.. - Cửa sổ hiển thị các kết quả thu ñược trên kênh công khai (công cộng).. - Kênh lượng tử (Hình 8) Cửa sổ cài ñặt các thông số:. - Cửa sổ ban ñầu của kênh lượng tử.. - Hiệu suất kênh lượng tử: Trường này phải có giá trị lớn hơn hoặc bằng 0 và nhỏ hơn hoặc bằng 1. - Trường này chỉ thị khả năng 1 chùm tia qua kênh lượng tử trong ñiều kiện. - Nếu như giá trị này bằng 0 thì có nghĩa là lỗi toàn kênh lượng tử, khi ñó tất cả các bít ñều bị ñảo giá trị.. - Trường kết quả (Hình 9). - Các kết quả thu ñược của kênh lượng tử khi chạy chương trình.. - Tổng số bít truyền qua kênh: Trường này hiển thị tổng số các bít ñược truyền qua kênh lượng tử. - Giá trị này phải giống giá trị của trường Transmission Size trong cửa sổ của Alice.. - Tổng số lỗi: Thể hiện tổng số lỗi trên kênh lượng tử, nhưng không bao gồm lỗi do Eve lập kế hoạch tấn công tạo nên.. - Thử nghiệm và ñánh giá kết quả của chương trình mô phỏng (Hình10). - Thử nghiệm 3: nếu hiệu suất lượng tử là 0 tức là nhiễu hoàn toàn thì ñộ dài từ mã là 0.. - Từ việc phân tích các giao thức truyền khóa lượng tử, bằng công cụ lập trình Java phiên bản 1.3.1, chúng tôi ñã xây dựng phần mềm mô phỏng mật mã lượng tử theo ñúng giao thức BB84 [5]. - Kết quả của chương trình phần mềm ñã thiết kế ñược các giao di ện chính, cho phép người dùng có thể cài ñặt các thông số của Alice như : ñộ dài thông tin truyền ñi, ñộ lớn các khối kiểm tra, các thông số của Eve như:. - khả năng tấn công kênh lượng tử. - Kết quả nghiên cứu này có thể ñược dùng cho việc nghiên cứu thử nghiệm về khả năng bảo mật vô ñiều kiện của mật mã lượng tử [6].. - [1] Nguyễn Bình, Giáo trình mật mã học, Học viện Công nghệ BCVT, 2005.. - [3] ðỗ Quang Hưng, Mật mã lượng tử, một hướng mới trong bảo mật, Tạp chí Bưu chính Viễn thông, 9/2005.