La Crittografia Quantistica Dalle leggi della fisica alle future possibili applicazioni

Sin dall'antichità gli uomini hanno sempre utilizzato la crittografia per cifrare i messaggi e non far scoprire ai loro nemici il contenuto delle loro comunicazioni. Con il passare degli anni però, con il normale sviluppo delle conoscenze si sono inevitabilmente fatti più complessi i metodi utilizzati per cifrare i messaggi, specialmente ai nostri giorni visto che tutti noi siamo dotati di computer o dispositivi mobili. Il bisogno di sicurezza nelle comunicazioni è così importante per l'uomo tanto che, per garantirne una sicurezza assoluta, egli ha utilizzato leggi della fisica per applicarle a questa scienza. Il riferimento è alla Meccanica Quantistica, le cui basi possono essere applicate alla crittografia quantistica. Lo scopo di questa tesi è quello di entrare in questo mondo che è un pò a metà tra la fisica e l'informatica. Per fare ciò racconterò brevemente la storia della crittografia nel periodo successivo alla Seconda Guerra Mondiale, quindi da dopo Enigma e la Macchina di Turing, considerate i capostipiti dell'informatica. Nel primo capitolo descriverò alcune macchine cifranti e algoritmi che sono utilizzati oggi in Internet, come DES e RSA, rispettivamente algoritmi simmetrici e non. Nel secondo capitolo sarà necessario ripercorrere un excursus sulle basi della meccanica quantistica per capire quali illustri scienziati hanno dibattuto sulla veridicità della teoria e per capire realmente di cosa tratta. Nel capitolo successivo, il terzo, mostrerò il legame tra la teoria quantistica e l'informatica, con una breve descrizione di D-Wave, il primo computer quantistico creato al mondo. Per far ciò sarà necessario introdurre i concetti di sovrapposizione di stati ed entanglement. Il quarto capitolo spiega il funzionamento del protocollo BB84 e come è possibile realizzare una distribuzione quantistica della chiave. Una volta spiegato questo concetto, descriverò nel capitolo quinto una pila protocollare di tipo quantistico che confronterò con il TCP/IP che viene oggi usato per regolare le comunicazioni in una o più reti di computer. Questo servirà come introduzione per contestualizzare la crittografia quantistica in uno scenario futuro realizzabile, partendo dall'interfaccia di un computer quantistico, passando per i protocolli che garantiscono la sicurezza della comunicazione, l'eliminazione degli errori fino ad arrivare alla descrizione degli strumenti che servono per la produzione dei fotoni e del canale su cui essi vengono trasportati, cioè la fibra ottica. Nell'ultimo capitolo, descriverò in pratica come funziona un protocollo quantistico applicato ad una transazione e-commerce utilizzato da un qualsiasi utente per acquistare un prodotto. Questo verrà spiegato dopo aver descritto come avviene invece attualmente una normale transazione online. Descriverò le differenze sostanziali tra questi due tipi di protocollo e dedicherò il capitolo finale a come potrà essere applicata la crittografia quantistica in futuro, sottolineando la rilevanza che sta acquistando man mano che viene studiata e sperimentata in laboratorio.