Research Article

Kuantum Sonrası Kriptografi için Verimli Kuantum Algoritması

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

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

Bu protokol, kuantum Fourier dönüşümü ile kuantum aritmetiğini kullanarak büyük bir asimetrik anahtarla verimli kuantum kriptografisi için açık bir kuantum devresine sahip bir "Kod Tabanlı Kriptografi" uygulamasını açıklar.

Abstract

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

Kuantum bilgisayarların hayata geçirilmesi toplumu ve küresel güvenliği birçok yönden önemli ölçüde etkileyebilir. Kuantum kriptografisi üzerine önemli miktarda araştırma yapılmıştır - geleneksel bilgisayarların erişemediği matematik problemlerini çözmek için kuantum bilgisayarlı duyumlardan yararlanan makineler. Gelişen 6. nesil 'Kuantum hesaplama', mevcut yerleşik koruma ve dijital ekonominin çoğunu kırabilir ve tehdit edebilir, ancak kriptografik alternatifler sağlayabilir. Böylece, diğer uygulamaların yanı sıra çeşitli süreçleri daha etkili bir şekilde optimize edebiliyor, verimliliği artırabiliyor ve daha iyi ilaç ve malzeme tasarımı için daha hızlı kuantum mekaniksel simülasyonlara olanak sağlayabiliyoruz. Bu araştırma, büyük sayılı Kuantum çarpımını bir kuantum rastgele sayı üreteci (QRNG) ile bağlayarak kuantum sonrası bir şifreleme algoritmasının uygulanmasına odaklanmaktadır. Güvenli bir kuantum iletişim sistemi kurmak için açık bir kuantum devresinde dev bir asimetrik anahtarla Kuantum Fourier Dönüşümü (QFT) kullanan kod tabanlı bir kriptografik yaklaşım benimsenir. Bu araştırma çalışmasında, bir 'düz metin' (klasik veriler), kuantum aritmetiği yardımıyla bir Kuantum çarpanı kullanılarak QRNG ile şifrelenmiştir. Sonuç olarak, QRNG verileriyle elde edilen kuantum verileri, kuantum bölücünün aynı şifreyi çözdüğü kuantum kanalı aracılığıyla alıcı uca iletilecektir. Ayrıca, amaçlanan her bileşenin IBM Qiskit simülasyon sonuçları ve önceki çalışmalar ve algoritmalarla karşılaştırmalı analizi, büyük kübit kuantum cihazları göz önüne alındığında önerilen kuantum kanıt algoritmasının daha sağlam ve güvenilir olduğunu göstermektedir. Çalışma, bu alandaki daha fazla gelişme için değerli bir yön sağlıyor ve kuantum sonrası kriptografide kuantum hesaplamanın gelecekteki uygulamalarının önünü açıyor.

Introduction

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

Kuantum hesaplama, klasik bitlerden temel olarak farklı olan kuantum bitlerine (kübitler) dayanır. Klasik bir bit yalnızca 0 veya 1 durumunda mevcut olabilirken, bir kübit 0, 1 veya her iki durumun herhangi bir doğrusal süperpozisyonunu aynı anda temsil edebilir. Bu özellik, kuantum sistemlerinin çok sayıda değeri sıralı olarak değil paralel olarak depolamasını ve işlemesini sağlar. Ölçümün ardından kübit belirli bir duruma çökerek hesaplama sonucunu sağlar. Kuantum işlemenin doğasında var olan paralellik, kuantum bilgisayarların klasik sistemlerden birkaç kat daha iyi performans gösterebileceğini öne süren tahminlerle önemli bir hızl....

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

Protocol

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

Bu makale, şifreli metni simetrik anahtara bölerek mesajın şifresini çözmek için kuantum aritmetiği ve Kuantum Hızlı Fourier Dönüşümü13'ü kullanan algoritmayı kullanır. Bu çalışmanın temel amacı, rastgele bir anahtar üreterek, büyük bir çarpma algoritması kullanarak ve IBMQ Ortamı v1.7.4 üzerinde çok sayıda bölme gerçekleştirerek simetrik anahtar tabanlı kriptografinin kuantum uygulamasını göstermektir. Şekil 1 , simetrik anahtar tabanlı şifrelemeyi uygulamak için uçtan uca süreci göstermektedir. Simetrik anahtarın ve şifreli metnin kaynak cihazdan (şifrelemenin gerçekleştiği yer) ....

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

Results

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

Yukarıda belirtilen devrenin tüm bileşenleri (Şekil 1), IBM Qiskit ile Python kodu (Ek Dosyalar 1-3) kullanılarak uygulanmış ve bir Yerel ve IBMQ simülatöründe yürütülmüştür. Ancak mevcut kuantum cihazlarında serbestçe kullanılabilen kübitlerin bulunmaması nedeniyle kuantum cihazlarında yürütülemezler. Tüm temel bileşenler için Yerel ve IBMQ simülatörlerindeki histogram çıkışı aşağıda gösterilmiştir.

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

Discussion

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

Önerilen kuantum kriptografi protokolünün başarısı üç kritik aşamaya dayanmaktadır: Kuantum Rastgele Sayı Üretimi (QRNG), Kuantum Hızlı Fourier Dönüşümü (QFFT ve QIFFT) Kullanan Kuantum Aritmetik İşlemleri ve Kuantum Anahtar Karıştırma ve Yeniden Karıştırma. QRNG aşaması, gerçekten rastgele simetrik anahtarlar üreterek güvenliğin temelini oluşturur3. Kontrollü QFFT ve ters QFFT geçitleri kullanilarak yürütülen aritmetik islemler, dogru şifreleme ve deşifre saglark.......

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

Disclosures

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

Yazarların çıkar çatışması yoktur.

Acknowledgements

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

Bu çalışma, Prenses Nourah bint Abdulrahman Üniversitesi Araştırmacıları Destekleme Projesi (PNURSP2025R755), Prenses Nourah bint Abdulrahman Üniversitesi, Riyad, Suudi Arabistan tarafından desteklenmiştir. Yazarlar, Hızlı Araştırma Destek Programı aracılığıyla bu çalışmayı desteklediği için Bisha Üniversitesi Lisansüstü Çalışmalar ve Bilimsel Araştırma Dekanlığı'na müteşekkirdir.

....

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

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
GPU A100NVIDIA80G GPU
ibm_brisbaneIBMhttps://quantum.ibm.com/IBM Kuantum Kartalı ailesine ait süperiletken kuantum bilgisayar.
python3.10Python Yazılım Vakfıhttps://www.python.org/downloads/release/python-3100/
QiskitIBMhttps://www.ibm.com/quantum/qiskitKuantum bilgisayarlarla genişletilmiş kuantum devreleri, operatörler ve ilkel sistemler seviyesinde çalışmak için açık kaynaklı bir SDK.

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