Veri güvenliğinin geleceği olarak görülen Kuantum Anahtar Dağılımı (QKD) teknolojisi, teoride aşılamaz bir güvenlik sunsa da pratik uygulamada fiziksel zorluklarla karşılaşıyor. Bilim insanları, sistemdeki milimetrik “yönlendirme hatalarının” şifrelemeyi zayıflatabileceğini ortaya koydu.
Dijital dünyada veri güvenliği arayışı, kuantum teknolojilerinin gelişimiyle yeni bir boyuta taşındı. İsimlerini sıkça duymaya başladığımız kuantum şifreleme yöntemleri, verileri korumak için fizik kanunlarını kullanıyor. Ancak yapılan son araştırmalar, bu sistemlerin laboratuvar dışındaki gerçek dünya koşullarında, “yönlendirme hatası” (pointing error) adı verilen fiziksel bir engelle mücadele ettiğini gösteriyor.
Kuantum Anahtar Dağılımı (QKD) Nasıl Çalışır?
Kuantum Anahtar Dağılımı, iki taraf arasında gizli bir şifreleme anahtarı oluşturmak için kuantum parçacıklarının (genellikle fotonların) davranışlarını esas alan yeni nesil bir iletişim yöntemidir. Sistemin en büyük gücü, kuantumun doğasından gelir: Eğer bir siber saldırgan veya dış gözlemci anahtarı ele geçirmeye çalışırsa, kuantum durumları anında bozulur ve sistem tarafları uyarır.
Teorik olarak kusursuz görünen bu yapı, pratikte kullanıcılar arasındaki fiziksel bağlantının kalitesine sıkı sıkıya bağlıdır. İşte tam bu noktada, ışının alıcıyla hizalanmasındaki hassasiyet devreye giriyor.
QKD Sistemlerinde Yönlendirme Hatası Tehdidi
Kuantum şifrelemede veriler, ışık parçacıkları olan fotonlarla taşınır. Bu fotonların hedefe, yani alıcı cihaza tam isabet etmesi hayati önem taşır. Araştırmacıların “yönlendirme hatası” olarak tanımladığı durum, gönderilen ışın demetinin alıcı teleskop veya sensörle mükemmel şekilde hizalanamamasından kaynaklanır.
Bu hatalar genellikle şu sebeplerle ortaya çıkar:
- Binalardaki mekanik titreşimler,
- Atmosferik türbülanslar,
- Cihazların hizalama mekanizmalarındaki mikroskobik kusurlar.
Bu sapmalar insan gözüyle fark edilemeyecek kadar küçük olsa bile, alıcının fotonları tespit etme verimliliğini düşürerek sistemdeki hata oranını artırır. QKD optik kablosuz iletişim sistemlerinde bu konu, bugüne kadar nispeten sınırlı bir ilgi görmüştü.
OSTİM Teknik Üniversitesi’nden Kritik Araştırma
Literatürdeki bu boşluğa dikkat çeken OSTİM Teknik Üniversitesi’nden Prof. Dr. Yalçın Ata ve ekibi, yönlendirme hatasının güvenliğe etkilerini derinlemesine inceledi. Prof. Dr. Ata, çalışmalarının önemini şu sözlerle vurguluyor:
“Işın hizalama hatasının istatistiksel modellerini kuantum foton algılama teorisiyle birleştirerek, QKD sistemlerinin temel performans göstergeleri için analitik ifadeler elde ettik ve güvenli anahtar üretimini bozan yönlendirme hatasının kesin rolünü açıklığa kavuşturduk.”
Araştırmadan Öne Çıkan Bulgular
Odak noktası BB84 QKD protokolü olan ve Rayleigh ile Hoyt dağılımlarının kullanıldığı bu çalışmada, fiziksel hizalama hatalarının sistem üzerindeki etkileri şu şekilde sıralanmıştır:
- Anahtar Üretimi Durma Noktasına Gelebilir: Hizalama bozukluğu arttıkça, “Güvenli Anahtar Oranı” (SKR) ciddi şekilde azalıyor. Bu durum, şifreli iletişimin yavaşlamasına veya tamamen kesilmesine neden olabilir.
- Güvenlik Açığı Riski Artıyor: Sapmalar, Kuantum Bit Hata Oranını (QBER) yükseltiyor. Yüksek hata oranı sadece kalitesiz iletişim demek değildir; aynı zamanda sistemin dışarıdan dinlenmeye (eavesdropping) karşı daha savunmasız hale geldiği anlamına da gelebilir.
- Simetrik Olmayan Sapmaların Etkisi: Şaşırtıcı bir bulgu olarak; ışın demetinin yatay ve dikey düzlemlerde farklı miktarlarda sapma göstermesi, bazen simetrik (eşit) sapmaya göre daha iyi performans sonuçları verebiliyor.
- Donanım Büyütmek Kesin Çözüm Değil: Alıcı açıklığını (aperture) büyütmek performansı artırsa da bu iyileşme doğrusal değil, logaritmiktir. Belirli bir büyüklükten sonra maliyet artarken performans kazancı düşmektedir.
Geleceğin Kuantum Ağları İçin Ne Yapılmalı?
Elde edilen sonuçlar, kuantum teknolojilerinin laboratuvardan çıkıp uydular arası iletişim veya açık hava fiber bağlantıları gibi gerçek dünyaya adım atarken karşılaşacağı zorluklara ışık tutuyor.
Mühendislerin gelecekte sadece “sinyal var mı?” sorusuna değil, “sinyalin geometrisi ve kalitesi optimum mu?” sorusuna da odaklanması gerekiyor. Daha dayanıklı kuantum iletişim ağları için, fiziksel hizalama hatalarını anlık olarak düzeltebilen akıllı kontrol sistemlerine ve hataya toleranslı yeni protokollere ihtiyaç duyulacağı aşikâr.
Kaynakça:
- scitechdaily.com/scientists-uncover-hidden-weakness-in-quantum-encryption/
- ieeexplore.ieee.org/document/11223709
Haberi Derleyen: Emir Kantar – Mimar Sinan Güzel Sanatlar Üniversitesi – Fizik Bölümü
Yayına Sunan: Hasan Ongan
