Amerikaanse onderzoekers bouwen quantum-encryptie die niet te kopiëren is

Digitale bestanden zijn eindeloos te kopiëren. Dat is meestal handig, maar in de cryptografie is het juist een zwakte: wie een versleuteld bericht en de bijbehorende sleutel in handen krijgt, kan er in principe zoveel kopieën van maken als hij wil. Onderzoekers Prabhanjan Ananth van de University of California, Santa Barbara, en Amit Sahai van de University of California, Los Angeles, presenteren nu een methode die dat onmogelijk maakt. Hun werk is gepubliceerd als preprint op arXiv en moet nog door vakgenoten worden beoordeeld.

Waarom kopiëren een probleem is

De truc zit in de no-cloningstelling, een basisregel van de kwantummechanica die zegt dat een onbekende kwantumtoestand nooit perfect te dupliceren is. Onderzoekers proberen die natuurkundige beperking al langer om te zetten in een bruikbare beveiligingsfunctie, bekend als onkopieerbare encryptie. Eerdere pogingen liepen vast: ze hadden ofwel een kwantumsleutel nodig, leunden op onbewezen aannames, of waren in de praktijk te traag om te gebruiken. Ananth en Sahai claimen als eersten een variant te hebben die efficiënt is, met een gewone klassieke sleutel werkt en de veiligheid wiskundig hard kan bewijzen zonder rekenkundige aannames.

Hoe het protocol werkt

Bij versleuteling gebruiken de onderzoekers simpele kwantumbewerkingen, zogeheten Clifford-poorten, op losse qubits. Voor het ontcijferen is alleen een lokale meting per qubit nodig, waarna de uitkomsten samen het oorspronkelijke bericht reconstrueren. Het idee is vergelijkbaar met een strategie die eerder door onderzoeker Pierre Botteron werd voorgesteld, maar Ananth en Sahai leveren het bewijs dat de aanpak ook echt veilig is. Een aanvaller die het versleutelde bericht in tweeën probeert te splitsen om het aan twee samenwerkende partijen te geven, heeft volgens hun berekeningen hooguit een kans van 50 procent plus een verwaarloosbaar klein extraatje om allebei het juiste antwoord te laten raden. Die kans daalt razendsnel naarmate de sleutel langer wordt, waardoor vals spelen in de praktijk kansloos is.

Nog beperkt tot één bit

De methode is voorlopig alleen geschikt voor berichten van één bit en voor eenmalig gebruik: elke sleutel werkt maar één keer. Grotere berichten versleutelen, sleutels hergebruiken en de aanpak geschikt maken voor bredere toepassingen zijn vervolgstappen die nog moeten gebeuren. Opvallend is verder dat de onderzoekers openlijk vermelden dat de kernconstructie en het bewijs grotendeels zijn gegenereerd door een AI-model, waarbij de menselijke auteurs de verantwoordelijkheid nemen voor het controleren en verifiëren van de resultaten. Als het concept ooit praktijkrijp wordt, zou het kunnen bijdragen aan beveiligde communicatie en digitale rechtenbescherming, waarbij het kopiëren van gevoelige informatie net zo belangrijk is om te voorkomen als het onbevoegd inzien ervan.