Research Article

خوارزمية الكم الفعالة لتشفير ما بعد الكم

DOI:

10.3791/68934

⸱

November 14th, 2025

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Electronics, Acharya Prafulla Chandra College, Kolkata, India, 2MAKAUT, West Bengal, India, 3Department of Computer Science, Acharya Prafulla Chandra College, Kolkata, India, 4Narula Institute of Technology, West Bengal, India, 5Department of Computer Sciences, College of Computer and Information Sciences, Princess Nourah bint Abdulrahman University, Riyadh, Saudi Arabia, 6Department of Physics, College of Sciences, University of Bisha, Bisha, Saudi Arabia, 7Department of Computer Science and Artificial Intelligence, College of Computing and Information Technology, University of Bisha, Bisha, Saudi Arabia

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يصف هذا البروتوكول تنفيذ "التشفير القائم على الكود" مع دائرة كمومية صريحة للتشفير الكمي الفعال مع مفتاح كبير غير متماثل من خلال استخدام الحساب الكمي مع تحويل فورييه الكمي.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يمكن أن يؤثر تحقيق أجهزة الكمبيوتر الكمومية بشكل كبير على المجتمع والأمن العالمي بعدة طرق. كان هناك قدر كبير من الأبحاث حول التشفير الكمي - الآلات التي تستغل الأحاسيس الكمومية المحوسبة لحل المشكلات الرياضية التي لا يمكن لأجهزة الكمبيوتر التقليدية الوصول إليها. يمكن للجيل السادس المزدهر من "الحوسبة الكمومية" أن يكسر ويهدد الكثير من الحماية الحالية والاقتصاد الرقمي ، ولكنه قد يوفر بدائل تشفير. وبالتالي ، نحن قادرون على تحسين العمليات المختلفة بشكل أكثر فعالية ، وتحسين الكفاءة وتمكين عمليات محاكاة ميكانيكية كمية أسرع لتحسين تصميم الأدوية والمواد ، من بين تطبيقات أخرى. يركز هذا البحث على تنفيذ خوارزمية تشفير ما بعد الكم عن طريق ربط الضرب الكمي للأعداد الكبيرة بمولد الأرقام العشوائية الكمومية (QRNG). يتم أخذ نهج التشفير القائم على الكود باستخدام تحويل فورييه الكمي (QFT) بمفتاح عملاق غير متماثل في دائرة كمومية صريحة لإنشاء نظام اتصالات كمي آمن. في هذا العمل البحثي ، تم تشفير "نص عادي" (البيانات الكلاسيكية) باستخدام QRNG باستخدام مضاعف كمي بمساعدة الحساب الكمي. وبالتالي ، سيتم إرسال البيانات الكمومية الناتجة مع بيانات QRNG إلى طرف المستقبل عبر القناة الكمومية ، حيث يقوم المقسم الكمومي بفك تشفير نفسه. علاوة على ذلك ، تشير نتائج محاكاة IBM Qiskit لكل مكون مقصود والتحليل المقارن مع الأعمال والخوارزميات السابقة إلى مزيد من المتانة والموثوقية لخوارزمية إثبات الكم المقترحة عند النظر في الأجهزة الكمومية الكبيرة الكيوبت. يوفر العمل اتجاها قيما لمزيد من التطورات في هذا المجال ويمهد الطريق للتطبيقات المستقبلية للحوسبة الكمومية في تشفير ما بعد الكم.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يعتمد الحساب الكمومي على البتات الكمومية (الكيوبتات) ، والتي تختلف اختلافا جوهريا عن البتات الكلاسيكية. في حين أن البت الكلاسيكي يمكن أن يوجد فقط في الحالة 0 أو 1 ، يمكن أن يمثل الكيوبت 0 أو 1 أو أي تراكب خطي لكلتا الحالتين في وقت واحد. تمكن هذه الخاصية الأنظمة الكمومية من تخزين ومعالجة عدد كبير من القيم بالتوازي وليس بالتسلسل. عند القياس ، ينهار الكيوبت إلى حالة محددة ، مما يوفر النتيجة الحسابية. يوفر التوازي المتأصل في المعالجة الكمومية تسريعا كبيرا ، حيث تشير التقديرات إلى أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية قد تتفوق على الأنظمة الكلاسيكية بعدة أوامر من حيث الحجم. تشكل هذه التطورات تحديات خطيرة لأمن تقنيات التشفير التقليدية ، مما يستلزم تط....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تستخدم هذه المقالة الخوارزمية ، باستخدام الحساب الكمي وتحويل فورييه الكميالسريع 13 ، لفك تشفير الرسالة عن طريق تقسيم النص المشفر على المفتاح المتماثل. الهدف الأساسي من هذه الدراسة هو إظهار التنفيذ الكمي للتشفير المستند إلى المفتاح المتماثل عن طريق إنشاء مفتاح عشوائي ، واستخدام خوارزمية ضرب كبيرة ، وإجراء عدد كبير من الأقسام على IBMQ Environment v1.7.4. يوضح الشكل 1 العملية الشاملة لتنفيذ التشفير المتماثل المستند إلى المفاتيح. من المفترض أن يتم نقل المفتاح المتماثل والنص المشفر من الجهاز المصدر (حيث يحدث التشفير) إلى الجهاز المستهدف (حيث يحدث فك التشفير) عبر قناة كمومية. يت....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم تنفيذ جميع مكونات الدائرة المذكورة أعلاه (الشكل 1) باستخدام كود Python (الملفات التكميلية 1-3) مع IBM Qiskit وتم تنفيذها على جهاز محاكاة محلي و IBMQ. ومع ذلك ، فهم غير قادرين على التنفيذ على الأجهزة الكمومية بسبب عدم وجود الكيوبتات المتاحة مجانا في الأجهزة الكمومية الموجودة. يتم توضيح إخراج الرسم البياني في محاكيات Local و IBMQ لجميع المكونات الرئيسية أدناه.

QuRNG

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يعتمد نجاح بروتوكول التشفير الكمي المقترح على ثلاث مراحل حرجة: توليد الأرقام العشوائية الكمومية (QRNG) ، والعمليات الحسابية الكمومية باستخدام تحويل فورييه الكمي السريع (QFFT و QIFFT) ، وخلط المفاتيح الكمومية وإعادة خلطها. تؤسس مرحلة QRNG أساس الأمان من خلال إنشاء مفاتيح متماثلة عشوائيةحقا 3. تضمن العمليات الحسابية ، التي يتم تنفيذها باستخدام بوابات QFFT والعكسية الخاضعة للرقابة ، التشفير وفك التشفير الدقيق ، بينما تحافظ دوائر الخلط على سلامة المفتاح أثناء الإرسال .......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ليس لدى المؤلفين أي تضارب في المصالح.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم دعم هذا العمل من قبل مشروع دعم الباحثين بجامعة الأميرة نورة بنت عبد الرحمن (PNURSP2025R755) ، جامعة الأميرة نورة بنت عبد الرحمن ، الرياض ، المملكة العربية السعودية. يعرب المؤلفون عن شكرهم لعمادة الدراسات العليا والبحث العلمي في جامعة بيشة على دعمها لهذا العمل من خلال برنامج دعم المسار السريع للبحوث.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
وحدة معالجة الرسوميات A100NVIDIAبطاقة رسومات 80G
ibm_brisbaneآي بي إمhttps://quantum.ibm.com/الحاسوب الكمومي فائق التوصيل في عائلة IBM Quantum Eagle.
python3.10مؤسسة بايثون للبرمجياتhttps://www.python.org/downloads/release/python-3100/
كيسكيتآي بي إمhttps://www.ibm.com/quantum/qiskitحزمة تطوير مفتوحة المصدر للعمل مع الحواسيب الكمومية على مستوى الدوائر الكمومية الممتدة، والمشغلات، والبدائيات.

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Quantum cryptography in practice. Elliott, C., Pearson, D., Troxel, G. Proc Conf Appl Technol Archit Protocols Comput Commun, 2003, 227-238 (2003).
  2. Quantum cryptography: Public key distribution and coin tossing. Bennett, C. H., Brassard, G. Proc IEEE Int Conf Comput Syst Signal Process, 1 (1), 175-179 (1984).
  3. Techateerawat, P. A review on quantum cryptography technology. Int Trans J Eng Manage Appl Sci Technol.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Quantum AlgorithmPost Quantum CryptographyQuantum ComputingQuantum CryptographyQuantum Fourier TransformationQuantum Random Number GeneratorQuantum MultiplicationQuantum CircuitQuantum CommunicationIBM Qiskit

Related Articles