Aprimoramento de Segurança no Nível Físico com Recurso ao Formalismo Quântico

Abstract

A elevada dependência das tecnologias de informação que se constata em quase todos setores de atividade, conduz à necessidade de aprimoramento de segurança nas redes de tele- comunicações. Muito se tem feito para o aprimoramento da segurança no nível de aplicação. Os siste- mas de autenticação são cada vez mais robustos e os algoritmos de encriptação são cada vez mais complexos. Mas o crescente aumento da capacidade dos processadores, a utilização de clouds para o processamento concorrente de informação, bem como o advento da computação quântica, deixam claro que é apenas uma questão de tempo para que qualquer algoritmo de encriptação seja quebrado. Por outro lado, uma informação encriptada pode ser detectada por um agente externo e mesmo que não consiga decifrar pode usar técnicas de processamento de sinal para compro- meter a integridade ou a disponibilidade da mesma. Assim sendo, não se pode confiar a segurança apenas à camada de aplicação, antes deve- se ter uma abordagem de segurança em profundidade. Portanto, a segurança no nível físico com recurso ao formalismo quântico surge como uma proposta complementar de segurança. A presente dissertação explorará a propriedade da sobreposição de estados lógicos dos qubits, para alterar a probabilidade de observação dos sinais transmitidos, de modo a tornar o sinal indetetável e indecifrável sem o conhecimento prévio da chave criptográfica. Para que seja um sistema de segurança forte, os qubits serão representados por wavelets pseudoaleató- rias com todas as caraterísticas estatísticas de ruído branco gaussiano.

The significant reliance on information technologies observed across almost all sectors of activity leads to the need for enhanced security in telecommunications networks. Much has been done to improve security at the application layer. Authentication sys- tems are increasingly robust, and encryption algorithms are becoming more and more com- plex. However, the growing processing power of processors, the use of cloud computing for concurrent information processing, and the advent of quantum computing make it evident that it is only a matter of time before any encryption algorithm can be broken. On the other hand, encrypted information can be detected by an external agent, and even if it cannot be deciphered, signal processing techniques can be employed to compromise its integrity or availability. Therefore, security cannot rely solely on the application layer; instead, a defence-in- depth approach is required. Consequently, security at the physical layer using quantum for- malism emerges as a complementary security measure. This dissertation will explore the property of logical state superposition in qubits to alter the probability of observing transmitted signals, rendering the signal undetectable and indecipherable without prior knowledge of the cryptographic key. To ensure a strong security system, the qubits will be represented by pseudo-random wavelets with all the statistical char- acteristics of Gaussian white noise.