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# 앨리스와 밥은 상태를 관측한다. 관측 결과를 <math>b_{i}, c_{i}</math>라고 하고 앨리스는 <math>b_{i}</math>를 밥은 <math> \grave{b_{i}} = c_{i}\oplus 1</math>를 후보 비트로 보존한다. | # 앨리스와 밥은 상태를 관측한다. 관측 결과를 <math>b_{i}, c_{i}</math>라고 하고 앨리스는 <math>b_{i}</math>를 밥은 <math> \grave{b_{i}} = c_{i}\oplus 1</math>를 후보 비트로 보존한다. | ||
# 앨리스와 밥은 고전 통신로를 이용하여 기저 <math>p_{i}, \grave{p_{i}}</math>를 교환하고 일치하는 부분 집합 <math>I = \{i|p_{i} = \grave{p_{i}}\}</math>를 구한다. | # 앨리스와 밥은 고전 통신로를 이용하여 기저 <math>p_{i}, \grave{p_{i}}</math>를 교환하고 일치하는 부분 집합 <math>I = \{i|p_{i} = \grave{p_{i}}\}</math>를 구한다. | ||
| − | # 밥은 <math>\forall j\in J</math>의 부분집합 <math>J</math>를 임의로 선택해서 | + | # 밥은 <math>\forall j\in J</math>의 부분집합 <math>J</math>를 임의로 선택해서 ...에 대해 <math>b_{j} = \grave{b_{j}}</math>를 조사한다. 맞으면 <math>\{b_{k}|k \in I-J\}</math> 및 <math>\{\grave{b_{k}}|k \in I-J\}</math>를 임의 비트열로 공유한다. |
| − | 관측해서 <math></math>를 얻은 이후의 과정은 BB84 | + | 관측해서 <math></math>를 얻은 이후의 과정은 [[BB84 프로토콜]]과 동일하다. E91 프로토콜의 얽힘 소스 <math></math>를 연속적으로 이동 시켜 앨리스 측이 흡수하면 BB84 프로토콜과 비슷한 형태가 된다. 다시 말해, 앨리스가 스스로 얽힘 상태 <math>|\psi_{cnt}</math>〉를 생성하여 자신과 밥에게 송신하고 관측하는 상황이 된다. 얽힘 상태인 원 <math>S</math>를 제삼자가 담당할지 앨리스나 밥이 겸임할 것인지에 담긴 의미는 암호로써 어떤 안전성을 더 중시하는가에 달려있다. 안전성은 다음의 두 가지를 고려한다. |
* 앨리스와 밥이 공유하고 있는 비트를 제삼자에게 도청당하지 않도록 하는 안전성. <math>S</math>를 앨리스나 밥에게 겸임시키면 제삼자가 존재하지 않게 되어 안전성이 명확하게 향상한다. | * 앨리스와 밥이 공유하고 있는 비트를 제삼자에게 도청당하지 않도록 하는 안전성. <math>S</math>를 앨리스나 밥에게 겸임시키면 제삼자가 존재하지 않게 되어 안전성이 명확하게 향상한다. | ||
* 앨리스나 밥이 부정행위를 하는 것이다. 거짓 비트를 상대방에게 참이라고 속이는 일이 일어나지 않도록 하는 안전성이다. 이런 경우 <math>S</math>를 겸임하고 있는 측이 부정행위를 하기가 더 쉽다. 이를테면 단일 광자 대신에 얽힘 상태를 상대방에게 보내어 상대방의 관측 결과 정보를 인출할 가능성이 있다. | * 앨리스나 밥이 부정행위를 하는 것이다. 거짓 비트를 상대방에게 참이라고 속이는 일이 일어나지 않도록 하는 안전성이다. 이런 경우 <math>S</math>를 겸임하고 있는 측이 부정행위를 하기가 더 쉽다. 이를테면 단일 광자 대신에 얽힘 상태를 상대방에게 보내어 상대방의 관측 결과 정보를 인출할 가능성이 있다. | ||
2020년 8월 8일 (토) 11:12 판
E91 프로토콜(E91 protocol)란 두 입자 간의 비고전적 비 국소적 양자 상관관계를 직접 이용하는 프로토콜로, 1992년에 아르투어 에케르트(Artur Ekert)에 의해 고안되었다. 최대 양자 얽힘 상태(EPR)에 있는 입자 두 개를 각각 한 개씩 나눠 가져서 각각의 입에 대해 임의의 기저를 선택하여 양자 측정을 수행한 후, 각자 선택한 기저를 공개적으로 비교하여 양자 키를 분해한다.
개요
아르투어 에케르트에 의해 고안된 E91 프로토콜은 두 입자 간의 비고전적 비 국소적 양자 상관관계를 직접 이용한다. 최대 양자 얽힘 상태에 있는 두 개의 입자를 하나씩 나눠 각각의 입자에 임의 기저를 선택해서 양자를 측정하고, 각자 선택한 기저를 공개적으로 비교하여 양자 키를 분해한다.[1]
개념
양자얽힘 상태 〉를 사용한다. 예를 들어 광자 2개의 편광을 얽히게 해서 앨리스와 밥에게 각각 보낸다고 하자. 앨리스와 밥은 얽힘 상태 를 준비한다.
앨리스와 밥에게 각각 입자 A와 B를 보내면, 앨리스와 밥은 각각 임의로 기저를 선택하여 관측한다. 앨리스가 기저 '1'로 관측해서 '0'을 얻었다고 할 때, 상태는 로 천이한다. 다음에 밥이 기저 '1'로 관측할 때는 반드시 '1'을 얻게 되지만, 기저를 '2'로 선택한 경우에는 앨리스의 관측 결과와는 상관없이 임의의 값을 얻게 된다. 이를 종합하면 다음과 같다
- 앨리스와 밥이 서로 다른 기저로 관측하면 각각 랜덤한 비트를 관측한다.
- 앨리스와 밥이 동일 기저로 관측하면 두 사람이 관측한 비트는 반드시 달라야 한다. 만약 앨리스와 밥이 관측한 비트를 각각 라고 한다면 을 만족한다. 따라서 밥이 보존하고 있는 비트를 로 하면 를 만족하여 일치하는 비트를 공유할 수 있다.
다음은 위의 원리를 이용한 랜덤 비트 공유 프로토콜이다.
- 앨리스와 밥은 각각 기저 를 임의로 선정한다.
- 얽힘 상태 소스 는 상태 〉를 생성하여 각각 앨리스와 밥에게 발신한다.
- 앨리스와 밥은 상태를 관측한다. 관측 결과를 라고 하고 앨리스는 를 밥은 를 후보 비트로 보존한다.
- 앨리스와 밥은 고전 통신로를 이용하여 기저 를 교환하고 일치하는 부분 집합 를 구한다.
- 밥은 의 부분집합 를 임의로 선택해서 ...에 대해 를 조사한다. 맞으면 및 를 임의 비트열로 공유한다.
관측해서 를 얻은 이후의 과정은 BB84 프로토콜과 동일하다. E91 프로토콜의 얽힘 소스 를 연속적으로 이동 시켜 앨리스 측이 흡수하면 BB84 프로토콜과 비슷한 형태가 된다. 다시 말해, 앨리스가 스스로 얽힘 상태 〉를 생성하여 자신과 밥에게 송신하고 관측하는 상황이 된다. 얽힘 상태인 원 를 제삼자가 담당할지 앨리스나 밥이 겸임할 것인지에 담긴 의미는 암호로써 어떤 안전성을 더 중시하는가에 달려있다. 안전성은 다음의 두 가지를 고려한다.
- 앨리스와 밥이 공유하고 있는 비트를 제삼자에게 도청당하지 않도록 하는 안전성. 를 앨리스나 밥에게 겸임시키면 제삼자가 존재하지 않게 되어 안전성이 명확하게 향상한다.
- 앨리스나 밥이 부정행위를 하는 것이다. 거짓 비트를 상대방에게 참이라고 속이는 일이 일어나지 않도록 하는 안전성이다. 이런 경우 를 겸임하고 있는 측이 부정행위를 하기가 더 쉽다. 이를테면 단일 광자 대신에 얽힘 상태를 상대방에게 보내어 상대방의 관측 결과 정보를 인출할 가능성이 있다.
전자와 후자 중 전자의 경우 랜덤 비트를 공유하는 것만이 목적인 경우에는 의미 없지만, 이의 프로토콜을 망각통신의 암호로 이용하는 경우에는 중요할 수 있다.[2]
활용
- 온라인 뱅킹 시스템 : 온라인 뱅킹은 사람들이 인터넷을 통해 전 세계 어디서나 은행 계좌와 상호 작용할 수 있는 새로운 산업이다. 강력한 보안 시스템이 사용되지만 때로는 효과적이지 않은 경우가 존재하는데,
각주
참고자료
- 조재완 외 7인, 〈[양자 암호 통신 기술]〉, 《한국원자력연구원》, 2007
- 노태곤, 윤천주, 김헌오, 〈[양자암호]〉, 《한국전자통신연구원》, 2006-10
- Rudy Raymond, 〈E91 Quantum Key Distribution Protocol〉, 《깃허브》, 2018-10-12
같이 보기
