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# Physik# Quantenphysik# Kryptographie und Sicherheit

Sicherheit bei digitalen Zahlungen mit Quanten-Technologie verbessern

Erforschen, wie Quanten-Technologie die Sicherheit bei digitalen Transaktionen verbessert.

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Digitale Zahlungen sind mittlerweile ein fester Bestandteil unseres Alltags und erleichtern es, Waren und Dienstleistungen ohne Bargeld zu kaufen. Diese Zahlungen können durch verschiedene Methoden getätigt werden, darunter Kreditkarten, mobile Geldbörsen und kontaktlose Zahlungssysteme. Mit dem Wachstum der digitalen Zahlungsmethoden steigen auch die Risiken, die damit verbunden sind, wie Datenlecks und Betrug.

Der Bedarf an Sicherheit

Um digitale Transaktionen sicher zu halten, verwenden Unternehmen oft Technologien, die sensible Kundeninformationen durch zufällige Tokens ersetzen. Das hilft, die Daten der Nutzer bei Online-Käufen zu schützen. Doch mit dem Fortschritt der Technologie finden Angreifer auch neue Wege, diese Sicherheitssysteme zu kompromittieren. Zum Beispiel können leistungsstarke Computer bestehende Sicherheitssysteme knacken, die auf komplexen mathematischen Problemen basieren.

Der wachsende Bedarf an besserer Sicherheit hat zur Entwicklung neuer Methoden geführt, die Quanten-Technologie nutzen. Quanten-Technologie hat einzigartige Stärken, die digitale Zahlungen schützen können, selbst gegen hochentwickelte Angreifer.

Quanten-Technologie und Zahlungen

Quanten-Technologie bezieht sich auf Methoden, die die Prinzipien der Quantenmechanik ausnutzen. In Bezug auf Zahlungen können Quanten-Methoden sichere Zahlungstokens erzeugen, die nicht gefälscht werden können. Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, besteht darin, spezielles Quantenlicht zu verwenden, das kryptografische Tokens erzeugt, die besonders schwer zu knacken sind.

Diese Technologie bietet eine faszinierende Möglichkeit, die Zahlungssicherheit zu verbessern, ohne sich auf komplizierte Systeme oder vertrauenswürdige Netzwerke zu verlassen. Lösungen auf Quantenbasis können sicherstellen, dass Transaktionen auch bei fortschrittlichen Angriffen sicher bleiben.

Aktuelle digitale Zahlungssysteme

Die heutigen digitalen Zahlungssysteme beinhalten normalerweise drei Hauptparteien: den Kunden, den Händler und den Zahlungsanbieter (wie eine Bank). Wenn ein Kunde einen Kauf tätigen möchte, sendet er seine Zahlungsinformationen an den Händler. Der Händler kontaktiert dann den Zahlungsanbieter zur Verifizierung der Transaktion.

Um Betrug zu verhindern, erhalten Kunden bei der Einrichtung ihrer Konten einzigartige Identifikations-Tokens. Wenn ein Kauf erfolgt, wird ein einmaliges Zahlungstoken generiert. Mit diesem Token erstellt der Kunde einen kryptografischen Code, der als Nachweis der Transaktion dient.

Diese aktuellen Systeme sind jedoch nach wie vor riskant, da unzuverlässige Händler Kunden Betrug aussetzen könnten. Daher sind stärkere Sicherheitsmassnahmen erforderlich, um die Transaktionsdetails zu schützen.

Quantenlicht und sichere Tokens

Quantenlicht kann eine effektive Möglichkeit bieten, digitale Zahlungen zu sichern. Diese Methode ermöglicht die Erstellung von Quanten-Kryptogrammen, die schwer zu fälschen sind. Der Prozess verwendet Quanten-Zustände, die Informationen sicher halten. Wenn Kunden eine Transaktion abschliessen, werden die Quanten-Zustände verwendet, um ein Zahlungstoken zu erstellen, das wie ein normales Kryptogramm aussieht, aber viel schwerer zu knacken ist.

Die Implementierung dieses Quanten-Zahlungssystems kann über standardmässige städtische Glasfaserverbindungen erfolgen. Ein grosser Vorteil der Verwendung von Quantensystemen ist, dass sie keine vertrauenswürdigen Parteien benötigen, um die Transaktionen zu verwalten. Das bedeutet, selbst wenn einige Teile des Systems unzuverlässig sind, kann die Transaktion dennoch sicher sein.

Praktische Vorteile von Quanten-Zahlungen

Einer der wichtigsten Vorteile der Nutzung von Quanten-Technologie ist die Möglichkeit, die Privatsphäre der Nutzer zu erhöhen und gleichzeitig die Gültigkeit einer Transaktion nachzuweisen. In diesem vorgeschlagenen System ist nur eine authentifizierte Kommunikation zwischen dem Kunden und dem Zahlungsanbieter für die Kontoerstellung notwendig. Nach diesem Schritt bleiben die sensiblen Informationen des Kunden verborgen.

Zusätzlich kann der Prozess der Verifizierung von Transaktionen ohne ständige Kommunikation zwischen allen beteiligten Parteien stattfinden. Diese Vereinfachung legt den Grundstein für eine zugänglichere Zahlungsmethode, die mit verschiedenen Arten von Störungen und Angriffen umgehen kann.

Schritte im Quanten-Zahlungsprozess

  1. Konto einrichten: Der Kunde erstellt ein Konto bei einem vertrauenswürdigen Zahlungsanbieter.
  2. Token erhalten: Der Anbieter sendet ein einzigartiges Token über einen sicheren Kanal an den Kunden.
  3. Das Kryptogramm erstellen: Der Kunde verwendet sein sicheres Token, um ein Kryptogramm für seinen Kauf zu berechnen.
  4. Das Kryptogramm verwenden: Der Kunde gibt das Kryptogramm dem Händler zur Zahlung.
  5. Transaktionsüberprüfung: Der Händler sendet das Kryptogramm an den Zahlungsanbieter zur Überprüfung, der dessen Gültigkeit überprüft.

Diese Schritte zeigen, wie Quanten-Technologie den Zahlungsprozess modernisieren und sichern kann, um Transaktionen für Kunden sicherer zu machen.

Sicherheitsherausforderungen angehen

Während Quanten-Kryptographie starken Schutz gegen potenzielle Bedrohungen bietet, ist es wichtig, praktische Herausforderungen zu adressieren. Echtwelt-Geräte funktionieren möglicherweise nicht perfekt. Von Störungen in den Kommunikationskanälen bis hin zum Verlust von Quanten-Zuständen können viele Faktoren den Zahlungsprozess beeinträchtigen.

Eine böswillige Partei könnte Schwächen ausnutzen, indem sie die Quanten-Zustände misst, um mehrere Tokens für Doppel-Ausgaben zu erstellen. Um dem entgegenzuwirken, wird vorgeschlagen, Umstände zu identifizieren, unter denen diese Betrugsstrategien dennoch erkannt werden können, um sicherzustellen, dass ehrliche Transaktionen sicher bleiben.

Experimentelle Umsetzung von Quanten-Zahlungen

Mit bestehender Glasfaser-Technologie haben Forscher das Quanten-Zahlungssystem erfolgreich in kontrollierten Umgebungen demonstriert. Sie erstellen verschränkte Photon-Paare und verwenden diese, um sichere Zahlungstokens zu generieren. Die Photonen werden über Glasfaserkabel an die Kunden gesendet, wo sie die notwendigen Messungen durchführen, um ihr Kryptogramm zu erhalten.

In Tests hat das experimentelle Setup erfolgreich niedrige Fehlerraten produziert, was zeigt, dass das Quanten-Zahlungssystem effektiv über grosse Distanzen betrieben werden kann. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass mit der Weiterentwicklung der Technologie auch die benötigte Zeit für Quantenkommunikationen und -verifizierungen sinken kann.

Fazit und Zukunftsausblicke

Die Einführung von Quanten-Technologie in digitale Zahlungen stellt einen bedeutenden Fortschritt in den sicheren Transaktionsmethoden dar. Mit der Fähigkeit, starke Garantien gegen Betrug und Datenlecks zu bieten, stellt dieser Ansatz eine vielversprechende Lösung für die wachsenden Sicherheitsherausforderungen im Bereich digitaler Zahlungen dar.

Mit der Weiterentwicklung der Quanten-Technologien könnte es schnellere Transaktionen und besseren Schutz für Kunden gegen verschiedene Formen von Cyber-Bedrohungen ermöglichen. Das vorgeschlagene System eröffnet auch Türen für eine breitere Akzeptanz sicherer Zahlungsmethoden im Alltag und ebnet den Weg für eine sicherere digitale Wirtschaft.

Zukünftige Entwicklungen könnten die Praktikabilität und Effizienz dieses Zahlungsmodells weiter verbessern und es zu einer tragfähigen Alternative zu bestehenden Systemen machen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Quanten-Zahlungen das Potenzial haben, unsere Sichtweise auf Sicherheit bei finanziellen Transaktionen zu revolutionieren und eine zuverlässige und sichere Möglichkeit für Verbraucher und Unternehmen zu schaffen.

Originalquelle

Titel: Demonstration of quantum-digital payments

Zusammenfassung: Digital payments have replaced physical banknotes in many aspects of our daily lives. Similarly to banknotes, they should be easy to use, unique, tamper-resistant and untraceable, but additionally withstand digital attackers and data breaches. Current technology substitutes customers' sensitive data by randomized tokens, and secures the payment's uniqueness with a cryptographic function, called a cryptogram. However, computationally powerful attacks violate the security of these functions. Quantum technology comes with the potential to protect even against infinite computational power. Here, we show how quantum light can secure daily digital payments by generating inherently unforgeable quantum cryptograms. We implement the scheme over an urban optical fiber link, and show its robustness to noise and loss-dependent attacks. Unlike previously proposed protocols, our solution does not depend on long-term quantum storage or trusted agents and authenticated channels. It is practical with near-term technology and may herald an era of quantum-enabled security.

Autoren: Peter Schiansky, Julia Kalb, Esther Sztatecsny, Marie-Christine Roehsner, Tobias Guggemos, Alessandro Trenti, Mathieu Bozzio, Philip Walther

Letzte Aktualisierung: 2024-01-08 00:00:00

Sprache: English

Quell-URL: https://arxiv.org/abs/2305.14504

Quell-PDF: https://arxiv.org/pdf/2305.14504

Lizenz: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Änderungen: Diese Zusammenfassung wurde mit Unterstützung von AI erstellt und kann Ungenauigkeiten enthalten. Genaue Informationen entnehmen Sie bitte den hier verlinkten Originaldokumenten.

Vielen Dank an arxiv für die Nutzung seiner Open-Access-Interoperabilität.

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