Európai városok közötti műholdas linket tartalmazó kvantumkommunikációs hálózatok vizsgálata

Napjainkban a titkosítási protokollok két nagy csoportba oszthatóak: a nyilvános- és a privát kulcsúak. Mindkét fajta protokollnak megvannak a maga hátrányai: a nyilvános kulcsúak bár praktikusak és egyszerűen használhatóak, matematikailag nem bizonyított, hogy feltörhetetlenek, ráadásul a leggyakrabban használt protokollokat egy megfelelően nagy teljesítményű kvantumszámítógéppel gyorsan fel lehet törni. A manapság használt szimmetrikus kulcsú protokollok egy része kvantumbiztos, az OTP pedig matematikailag is feltörhetetlen. Azonban ahhoz, hogy használni tudjuk őket, a két kommunikáló félnek egyeztetnie kell a titkosításhoz használt kulcsot. A kvantum kulcsszétosztás segítségével biztonságosan, de személyes kontaktus, vagy nyilvános kulcsú infrastruktúrák igénybevétele nélkül tudunk kulcspárokat létrehozni és azokat a két kommunikáló félhez eljuttatni

A munkám során európai városok közötti műholdas kvantumkommunikációt modellezek. A modellezett műholdak egy úgynevezett trusted node eljárás szerint működnek, amelynek a lényege, hogy van olyan pillanat, amikor a műholdon elég információ van ahhoz, hogy azokból kinyerjük a kulcsokat, azonban praktikus okokból ez az eljárás jobban megfelel a dolgozat céljának, mint az untrusted node-okkal való kommunikáció. A modellezett megoldásban szereplő műholdak a kulcsszétosztásra BB84 protokollt használnak.

A cél az, hogy két földi állomás között létrejöjjön a műhold(ak) segítségével egy titkos szimmetrikus kulcspár. A megoldás során három fő módszert hasonlítok össze: Az egyikben mindkét földi állomással OTP titkosítási kulcsot hoz létre a műhold, majd ezen keresztül küldi el a másodiknak az első kulcsát, a másikban pedig a második földi állomással csak egy AES-256 kulcsnyi bitet egyeztet a műhold, majd ezzel titkosítva rádiós csatornán küldi el neki az első állomással egyeztetett, minél hosszabb kulcsot. Emellett vizsgálom azt is, ha egy földi állomás egy időben több földi állomással is szeretne kommunikálni, valamint azt, hogy egy műhold egy időben több csatornát is kiszolgál, valamint ezeknek a hatékonyságát, különböző körülmények között. Körülménynek számítanak a légköri tényezők; a tengerszint feletti magasság; a csatornák terheltsége; az adott pillanatban elérhető műholdak száma; kommunikáló városok közötti szimmetrikus kulcs típusa.

szerző

• 
  Radnai Barna
  Mérnök informatikus szak, alapképzés
  alapképzés (BA/BSc)

konzulens

• 
  Dr. Bacsárdi László
  egyetemi docens, Hálózati Rendszerek és Szolgáltatások Tanszék