Kvanttiavaimenvaihto käytännössä. Turvallisuus ja toiminta osana nykyaikaisia viestintäverkkoja

Viestin salaaminen mahdollistaa luottamuksellisen viestinnän julkisen viestintäkanavan yli. Salaamista varten tarvitaan salausavain. Kvanttiavaimenvaihto on kvanttifysiikan lakeihin perustuva tapa sopia salausjärjestelmässä käytettävästä salausavaimesta. Tämän väitöskirjan tulokset osoittavat, että kvanttiavaimenvaihto on toteutettavissa osana nykyaikaisia viestintäverkkoja siten, että tuotettu avainmateriaali kelpaa modernien salausalgoritmien käyttöön. Kvanttiavaimenvaihdon erityinen luonne vertailussa perinteisiin avaimenvaihtotekniikoihin asettaa kuitenkin tiettyjä erityishaasteita sen turvalliselle toteuttamiselle osana moderneja viestintäverkkoja. Näitä ovat muun muassa kommunikaatiolinkkien rajoitetut välimatkat ja herkkyys taustakohinalle, rajoitetut verkkotopologiat sekä tarve autentikointiavainten jakelulle kvanttiavaimenvaihtojärjestelmän ulkopuolella.

Tässä väitöskirjatyössä käsitellään yllä mainittuja teemoja neljän osajulkaisun valossa. Väitöskirjan ensimmäisessä osassa analysoidaan kvanttiavaimenvaihdon turvallisuuden perustaa. Toisessa osassa tarkastellaan kvanttiavaimenvaihdon tuomista osaksi nykyaikaisia viestintäverkkoja neljästä eri näkökulmasta: infrastruktuurin, autentikointiavainten jakelun, kommunikaatiokanavien ja loppukäyttäjänä toimivien salausjärjestelmien näkökulmasta. Tulokset näyttävät, millä reunaehdoilla ja kuinka tehokkaasti kvanttiavaimenvaihdon tarjoamat turvallisuuslupaukset voidaan toteuttaa nykyaikaisissa viestintäverkoissa.