Kriptolojinin tam kelime anlamı şifre bilimidir .Çeşitli iletilerin, yazıların belli bir sisteme göre şifrelenmesi, bu mesajların güvenlikli bir ortamda alıcıya iletilmesi ve iletilmiş mesajın deşifre edilmesidir.

Kriptoloji = Kriptografi +Kriptoanaliz .Kriptoloji bilimi kendi içerisinde iki farklı branşa ayrılır. Bunlar Kriptografi; şifreli yazı yazma ve Kriptoanaliz; şifreleri çözme ya da analiz etmedir. Kriptoloji, çok eski ve renkli bir geçmişe sahiptir. Tarihten günümüze kadar, bazı şifreleme teknikleri şunlardır

Bu konuya tam olarak girmeden önce çok kısa olarak klasik kriptloma sistemlerinden bahsetmek istiyorum.Gelin hep beraber inceleyelim.

 

Klasik Kriptolama yöntemleri:

• Sezar Kripto sistemi
• Afin Kripto Sistem
• Yer Degistirme Kripto Sistemi
• Vigenere Kripto Sistem
• Pohlig-Hellman ¨Ustel(Exponentiation)Kripto Sistemi
• RSA Kripto Sistemi
• ElGamal Kripto Sistem

Konuyu örnekle ele alırsak;

Afin Kripto Sistemi Örnek (Tercih nedenim kolay ve anlaşılır olması)

Klasik Bilgisayarlarda Kullanılan Mantık Kapıları

NOT: Girişindeki mantıksal değeri tersine ¸cevirir. Girişteki işaretin lojik 1 seviyesinde olması durumunda çıkış lojik 0 seviyesinde, lojik 0 seviyesinde olması durumunda ise çıkış lojik 1 seviyesinde olur. Tek bitlik bir kapıdır.

AND: 2 bitlik bir kapıdır. Giriş değerlerinin ¸carpımını alır ve sadece girilen iki değerde 1 olduğunda 1 sonucunu verir.

OR: Girilen 2 ya da daha çok değerin toplamın alan kapıdır. Girilen değerlerden biri 1 olduğunda 1 sonucunu verir.

NAND: Girilen değerlerin ¸carpımını alıp sonucun tersini çıktı olarak veren kapıdır. Bu anlamda AND kapısını tersidir. Sadece girilen iki değerde 1 olduğunda 0 değerini verir.

NOR: Girilen iki ya da daha fazla değerin toplamını alıp tersini çıktı olarak veren kapıdır. Bu anlamda OR kapısının tersidir. Sadece girilen tüm değerler 0 olduğunda 1 sonucunu verir.

XOR: Giri¸steki değerler farklı olduğunda 1 sonucu verir. Geriye kalan her durumda 0 sonucunu verecektir.

XNOR: Girişteki değerler aynı olduğunda 1 sonucunu verir bunun dışındaki her durumda 0 sonucunu verecektir.

Temel bilgileri verdikden sonra asıl konumuz olan kuantum bilgisayardan bahsedelim.

Kuantum bilgisayar: Klasik bilgisayarlar bitlerden oluşan hafıza yapısına sahiptir. Her bit 1 veya 0 değerini alabilir. Kuantum bilgisayarları ise kübit(qubit)lerden oluşan seriler içerir. Tek bir qubit 1, 0 veya bu ikisi arasındaki (kuantum çakışması) bir değeri alabilir. Bir kübit (qubit) çifti 4 kuantum çakışması durumunun herhangi birinde, üç kübit (qubit) ise 8 kuantum çakışması durumunun herhangi birinde olabilir. Genel olarak n kübit sahibi bir kuantum bilgisayarı aynı anda 2^n çakışmanın herhangi birinde olabilir. (Normal bilgisayarlar 2^n durumun sadece birinde olurken, bir kuantum bilgisayarı bu durumların hepsinde ya da bir kısmında bulunabilir.) Kuantum bilgisayarları kübitleri (qubit) belirli kuantum mantık kapıları ile düzenleyebilir. Uygulanan bu kapı serilerine kuantum algoritması adı verilir.

Kuantum bilgisayarının olası farkı hakkında; alışıla gelmiş klasik transistörlü elektriksel devre akımı ile işlem yapma esnasında çeşitli veri gecikme süreçleri olduğu için bu bekleme süreci transistör sayısı artıkça ilk elektriksel yapı bir noktadan sonra tekrar yenilenmesi gerekir bu yüzden işlem süreci haliyle uzamaktadır fiber optik bağlantılardaki gibi Kuantum bilgisayarı tüm işlemi ışık hızı sınırında tamamlayabilmesi olasıdır.
bu yazının biraz daha anlamlı olması için kübit tanımını yapmak gerekir.

Kübit(Qubit)= Kuantum bilgisayarlarda bilgi saklama işlemini kuantum fiziği kanunlarına tabi olan, kübit (kuantum bit) denilen; atom, elektron, çekirdek ve foton gibi parçacıkların yapması öngörülmektedir.Aslında klasik bilgisayardaki bit ifadesi burada kübit olmuş diyebiliriz.

KUANTUM KRİPTOGRAFİ:

Kuantum şifreleme güvenli iletişim için kuantum mekaniğini kullanır. Gizli dinleyicilerin şifrelenmiş iletilerin içeriğini okumasını önlemek için değişik matematikse matematik teknikleri kullanan geleneksel şifrelemenin aksine, kuantum şifreleme, bilginin/verinin fiziğini temel alır. Gizli dinleme, fiziksel bir nesnenin ölçülmesi olarak görülebilir .Bu durumda ise verinin taşıyıcısı. Birisi kuantum süperpozisyonu veya kuantum dolaşıklığı gibi bir kuantum fenomeni kullanarak, her zaman tüm gizli dinleyicileri tespit edebilen bir iletişim sistemi yapabilir. Çünkü bilginin-verinin kuantum taşıyıcısı üzerinde yapılan ölçümler onu bozar dolayısıyla bu tür girişimler her zaman iz bırakır.

Şimdi diyeceksiniz o kadar laf o kadar söz tamam da nereye bağlanacak bu konu işte olay burada başlıyor…

Kuantum Mantık Kapıları :

-NOT Kapısı
-NOT’ın Karekökü
-QI Kapısı
-QZERO Kapısı
-QONE Kapısı
-QNOT Kapısı
-Pauli-Y Kapısı
-Pauli-Z Kapısı
-QNOT’ın Karekökü Kapısı
-Controlled Kapıları(Kendi içinde gruplara ayrılıyor)
-Hadamard Kapısı

bu mantık kapılarının bazılarında klasik eşiti yoktur bknz:: QNOT’karekökü..

Asimetrik Sistem :
Göndericinin ve alıcının farklı anahtarlar kullandığı kriptosistemlere, asimetrik veya açık anahtarlı sistemler denir.

Simetrik Sistemler:

Simetrik kriptosistemlerde yani gizli anahtarlı kripto sistemlerde hem şifreleme hemde şifre çözme için aynı anahtar kullanılır.

 

 

Kuantum kriptografi’de temel prensip tek kullanımlık anahtarlı kriptografi tekniğinin kullanılmasıdır.Kuantum kriptografinin sonuçları olasılığa dayalı olduğu için , kuantum mekaniğine özgü ölçümler kriptosistemler geliştirilmesine uygundur. Böylece eğer veri transferi sırasında sisteme herhangi bir müdahelede bulunulmuşsa, bu bir dinleyici olduğuna işaret eder.Önce gönderici alıcıya anlamsız bir veri gönderir, daha sonra gönderici ve alıcı ellerindeki verileri açıkca karşılaştırır.Veriler arasındaki uyumsuzluk varsa, sisteme müdahale edilmiş yani konuşma dinlenmiş demektir.Bu durumda gönderici alıcıya anlamlı herhangi bir veri göndermeden iletişim sonlanır. Böylece gizli bilgilerin istenmeyen kişilerin eline geçmesi engellenir.
BB84 protokolü:
Kuantum kriptografinin pratik uygulamaları ile ilgili ilk protokol Charles H. Bennett ve Gilles Brassard tarafından 1984 te geli¸stirildi. BB84 adıyla anılan bu protokol, kuantum kriptografi araştırmaları için hala yaygın olarak kullanılıyor.Buradaki esas mantk spin (½) olan parçacıklar ile örneklendirebiliriz.Bilindiği gibi bir parçacağın spini hangi yönde ölçülürse ölçülsün (-½) yada (½) çıkacaktır.Bu durumu incelemek için dört farklı durum kullanılır ve farklı bazlardaki örtüşme maksimum yapılır.Böylece bilginin hangi bazda hazırlandığını gizli tutar.

Kullanım Alanları :

Şuanda sadece üzerinde telefon şirketleri çalışıyor güvenli bir iletişim sağlayabilmek için ama yakın zamanda savunma sanayisine kadar bu konun gelebileceğini görebilmek çok zor değil diye düşünüyorum.

 

Sonuç : Gizli bilgileri ele geçirmeye çalışan birisinin önce araya giriği daha sonra alıcıya elde ettiği sonuçlara uygun bilgiler gönderdiği durumda neler olabileceğini incelersek.Eğer dinleyici doğru bazı kullanırsa , alıcının kübite yüklediği bilgiyi doğru olarak öğrenecek ve bu doğru bilgiyi alıcıya da gönderecektir.Fakat bu imkansızdıri.Binlerce kübitten oluşan bir anahtardaki tüm bitleri şans eseri doğru bazda ölçmek hayal bile edemedim .

Kuantum kriptografide daha fazla araştırmaya gereksinim duyan çok fazla ilginç açık problem mevcuttur. EPRBE protokolü gibi iki dolaşık foton içeren Kuantum kriptografi protokollerinde Bell eşitsizliği kullanarak veri alışverişine sızmaya çalışan ajanın varlığını hissetmek için, özel bir fonksiyon olan “g” fonksiyonunu belirlemek zorundayız. Ajanın varlığının hissedilebilirliğinin artırımı için dolaşıklık durumunun hazırlanmasının tam olarak araştırılması ve mesafeye ve zamana göre değişim bilgisi gerekmektedir. Kısacası bir protokol olarak güvenliğinin ispatının gerçekleştirilmesi gerekmektedir. BB84 protokolü gibi tek fotonlu Kuantum kriptografi protokollerindeyse boşluktan gelen ataklar da dahil olmak üzere çeşitli tiplerdeki ataklara karşı güvenliğinin daha fazla araştırılması arzu edilen bir durum olacaktır.

Sayısal ağlar üzerinde nakledilecek gizli metinlerin şifre anahtarı, uzaktan etki sayesinde anında istenen yere nakledilebilecektir. Telefon firmaları, bugünkü şifre yöntemlerinden daha güvenilir olan bu yeni yöntemi incelemektedir. Belki yakında bütün elektronik haberleşmeler, uzaklara atlayabilen garip bir hayaletsel bağla yapılacaktır.