WYMAGANIA WSTĘPNE W ZAKRESIE WIEDZY, UMIEJĘTNOŚCI I INNYCH KOMPETENCJI

Transkrypt

1 Zał. nr 4 do ZW 33/01 WYDZIAŁ PODSTAWOWYCH PROBLEMÓW TECHNIKI, Instytut Fizyki (wykład w j. angielskim) KARTA PRZEDMIOTU Nazwa w języku polskim Klasyczna i kwantowa kryptografia Nazwa w języku angielskim Classical and Quantum Cryptography Kierunek studiów (jeśli dotyczy) Fizyka Specjalność (jeśli dotyczy): Phusics of Information Processing Stopień studiów i forma: II stopień, stacjonarna Rodzaj przedmiotu: obowiązkowy (W+S)/wybieralny (P) Kod przedmiotu INP00934 Grupa kursów NIE zajęć zorganizowanych w Uczelni (ZZU) całkowitego nakładu pracy studenta (CNPS) Wykład Ćwiczenia Laboratorium Projekt Seminarium Forma zaliczenia egzamin zaliczenie na ocenę Dla grupy kursów zaznaczyć kurs końcowy (X) Liczba punktów ECTS 4 1 w tym liczba punktów odpowiadająca zajęciom o charakterze praktycznym (P) w tym liczba punktów ECTS odpowiadająca zajęciom wymagającym bezpośredniego kontaktu (BK) zaliczenie na ocenę *niepotrzebne skreślić WYMAGANIA WSTĘPNE W ZAKRESIE WIEDZY, UMIEJĘTNOŚCI I INNYCH KOMPETENCJI 1. Wiedza z zakresu mechaniki kwantowej I i II. Wprowadzenie do informatyki kwantowej 3. Matematyka: algebra i analiza \ CELE PRZEDMIOTU C1 Zapoznanie studentów z głównymi ideami bezpieczeństwa informatycznego C Zapoznanie studentów z nowymi technologiami kwantowymi kryptografii kwantowej 1

2 PRZEDMIOTOWE EFEKTY KSZTAŁCENIA Z zakresu wiedzy: PEK_W01 Rozeznanie w dziedzinie bezpieczeństwa systemów informatycznych PEK_W0 Rozeznanie w obecnym stanie zaawansowania kryptografii kwantowej Z zakresu umiejętności: PEK_U01 Praktyczna wiedza i umiejętności w zakresie bezpieczeństwa informatycznego PEK_U0 Praktyczne umiejętności w zakresie zaawansowanej technologii kryptografii kwantowej Z zakresu kompetencji społecznych: PEK_K01 Orientuje się w zakresie zastosowań fizyki kwantowej do przetwarzania i ochrony informacji PEK_K0 Orientuje się w najnowocześniejszym obszarze kwantowych technologii Wy1 Wy Wy3 Wy4 Wy5 Wy6 Wy7 Wy8 Wy9 TREŚCI PROGRAMOWE Forma zajęć - wykład Podstawowy kryptologii, kryptografia i kryptoanaliza, klasyfikacja kryptosystemów, definicje i przykłady, przegląd wybranych aspektów teorii informacji i komunikacji, kanał publiczny i prywatny Przegląd zasadniczych koncepcji miary informacji klasycznej i kwantowej, entropia, twierdzenia Shannona Symetryczna i asymetryczna kryptografia, paradygmat bezwarunkowo bezpiecznego protokołu (Vernam, OTP), problem dystrybucji klucza Public key infrastructure (PKI), praktyczne współczesne protokoły kryptograficzne (DH, RSA, AES), ISO/OSI networking layers model, TCP/IP Internet protocols stack Główne idee kwantowych pomiarów i kwantowego przetwarzania informacji, uogólniony pomiar i POVM, no-cloning, no-deleting, nobroadcasting dla QIP, idea kwantowej dystrybucji klucza - quantum key distribution (QKD) Quantum key distribution (QKD) analiza protokołu BB84, potencjalne ataki, klasyczne kodowanie qubitów, bazy nieortogonalne, przypadkowy wybór bazy Warstwy kwantowa i klasyczna QKD, przesiewanie klucza, destylacja, wzmocnienie prywatności, schematy korekty (Cascade), funkcje hashujące, pomiary ilościowe (QBER, RKER), PP ograniczenie QKD i ograniczenia zasięgu w wyniku dekoherencji Niesplątaniowa kryptografia, BB84 i B9, istotne podzespoły implementacji (komórki Pockelsa, polarizing beam splitters, interferometr Macha-Zehndera, źródła i detektory lawinowe ADD (avalanche diode detectors) Zastosowanie splątania do kryptografii kwantowej, paradoks EPR, naruszenie nierówności Bella, QKD a QSDC (Quantum Secure Direct Communication), LOCC (Local Operation Classicial Communication), teoretyczne miary splątania (liczba Schmidta, entropia von Neumann), eksperyment Aspecta, wytwarzanie splątanych fotonów w krysztale nieliniowym BBO (parametric downconversion)

3 Wy10 Wy11 Wy1 Wy13 Wy14 Wy15 Splątaniowa kryptografia protokół E91, protokół QSDC superdense coding protocol, stany GHZ (Greenberger, Horne, Zeilinger), destylacja, puryfikacja i korekta w systemach splątaniowych, kwantowy repeater i uogólnienia teleportacji Fizyczne realizacje protokołów QKD I QSDC; klasyfikacja ataków; bezpieczeństwo kwantowej kryptografii System Clavis II (NLTK) praktyczna realizacja bezsplątaniowej procedury QKD System EPR S405 Quelle (NLTK) praktyczna realizacja splątaniowej QKD Światłowodowy kanał kwantowy i open air komunikacja kwantowa, podstawowe elementy i aspekty softwarowe Praktyczne zastosowania metropolitalne, perspektywy i oceny, zastosowanie ciągłych stopni swobody do kodowania qubitów mobilnych Suma godzin 30 Ćw1 Ćw Ćw3 Suma godzin Forma zajęć - ćwiczenia Liczba godzin La1 La La3 La4 La5 Suma godzin Forma zajęć - laboratorium Forma zajęć - projekt Pr1 Demonstracja systemu Clavis II (NLTK) 4 Pr Analiza warstwy fizycznej Clavis II 6 Pr3 Analiza warstwy softwarowej Clavis II 6 Pr4 Demonstracja systemu EPR S405 Quelle (NLTK) 4 Pr5 Analiza warstwy fizycznej Quelle 6 Pr6 Analiza warstwy softwarowej Quelle 4 Pr7 Praktyczna realizacja QKD na obu systemach 6 Pr8 Testowanie ciemnego kanału kwantowego w konfiguracji światłowodowej i open air 9 Suma godzin 45 3

4 Forma zajęć - seminarium Se1 Koncepcja kryptografii dla bezpieczeństwa informatycznego 4 Se Główne aspekty mechaniki kwantowej i QIP dla zastosowań 4 kryptograficznych Se3 Idea QKD protokoły, implementacje, warstwy, ataki 6 Se4 Fizyczne aspekty QKD, implementacje i perspektywy 6 Se5 Splątaniowe i niesplątaniowe QKD i QSDC 4 Se6 Rozwój i perspektywy koncepcji kryptografii kwantowej i kwantowej 6 komunikacji Suma godzin 30 STOSOWANE NARZĘDZIA DYDAKTYCZNE N1. Wykład tradycyjny N. Demonstracje i testowanie systemów QKD w NLTK N4. Studia literaturowe i realizacja projektu OCENA OSIĄGNIĘCIA PRZEDMIOTOWYCH EFEKTÓW KSZTAŁCENIA Oceny (F formująca (w trakcie semestru), P podsumowująca (na koniec semestru) F1 F P Numer efektu kształcenia PEK_WO1, PEK_WO PEK_U01, PEK_U0 PEK_WO1, PEK_WO Sposób oceny osiągnięcia efektu kształcenia prezentacja seminarium (zaliczenie na stopień) zakończenie projektu (zaliczenie na stopień) egzamin LITERATURA PODSTAWOWA I UZUPEŁNIAJĄCA LITERATURA PODSTAWOWA: [1] M. A. Nielsen and I. L. Chuang, Quantum Computation and Quantum Information, Cambridge UP, Cambridge, 000. [] D. Bouwmeester, A. Ekert, and A. Zeilinger, The Physics of Quantum Information, Springer, Berlin, 000. [3] M. Jacak, I. Jóźwiak, J. Jacak, J. Gruber, W. Jacak, Introduction to quantum cryptography, Oficyna Wydawnicza PWR, wrocław 013 (in Polish) [4] N. Gisin, G. Ribordy, W. Tittel, and H. Zbinden, Quantum cryptography, Rev. Mod. Phys. 75, p. 145, 00. LITERATURA UZUPEŁNIAJĄCA: [1] current literature in journals in the field of QKD 4

5 [] A. K. Ekert, Quantum cryptography based on Bell s theorem, Phys. Rev. Lett. 67, p. 661, [3] W. K. Wootters and W. H. Żurek, A single quantum cannot be cloned, Nature 99, p. 80, 198. [4] C. H. Bennett and G. Brassard, Quantum cryptography: Public key distribution and coin tossing, Proceedings of the IEEE International Conference on Computers, Systems, and Signal Processing, p. 175, OPIEKUN PRZEDMIOTU (IMIĘ, NAZWISKO, ADRES ) Dr inż. Witold Jacak, witold.aleksander.jacak@pwr.wroc.pl, Prof. Lucjan Jacak, lucjan.jacak@pwr.wroc.p, Dr inż. Janusz Jacak, janusz.jacak@pwr.wroc.pl 5

6 MACIERZ POWIĄZANIA EFEKTÓW KSZTAŁCENIA DLA PRZEDMIOTU Klasyczna i kwantowa kryptografia Z EFEKTAMI KSZTAŁCENIA NA KIERUNKU Fizyka I SPECJALNOŚCI.. Przedmiotowy efekt kształcenia Odniesienie przedmiotowego efektu do efektów kształcenia zdefiniowanych dla kierunku studiów i specjalności (o ile dotyczy)** Cele przedmiotu*** Treści programowe*** Numer narzędzia dydaktycznego*** PEK_W01 KFIZ_W05 C1 Wy1-5, N1 (wiedza) Sem1-3 PEK_W0 KFIZ_W04, KFIZ_W05 C1, Wy1-15, N1-3 Sem1-6 Proj1-8 PEK_U01 (umiejętności) KFIZ_U03, KFIZ_U04-8 C1, Proj1-8 N-3 PEK_U0 KFIZ_U1-9 C1, Proj108 N-3 PEK_K01 KFIZ_K01- C1, Sem1-6 N1-3 (kompetencje) PEK_K0 KFIZ_K01-6 C1, Sem1-6 N1-3 ** - wpisać symbole kierunkowych/specjalnościowych efektów kształcenia *** - z tabeli powyżej