Blog

Témata:

15. 6. 2026

Bezpečnost Kryptografie

Může QKD nahradit asymetrické algoritmy pro výměnu klíčů?

Přechod na kryptografii odolnou kvantovým počítačům vytváří silnou diskusi zastánců a odpůrců alternativ odolných kanálů pro výměnu klíčů, včetně nasazení QKD. Jedná se o dost bouřlivou oblast, kde všechna nabízená a použitá řešení mají své výhody a nevýhody. V případě nasazení je tedy potřeba znát omezení těchto návrhů a dobře zvolit způsobem ochrany dle požadovaného účelu.

Co je to QKD?

Kvantová kryptografie je oblast kryptografie využívající vlastnosti kvantové mechaniky k ochraně komunikace a bezpečné distribuci klíčů. Na rozdíl od klasické kryptografie, jejíž bezpečnost je většinou založena na výpočetní obtížnosti matematických problémů, využívá některé fundamentální vlastnosti kvantových systémů. Současné systémy řeší především způsob, jak bezpečně získat sdílený tajný klíč.

V klasickém světě můžeme data přenášená po síti kopírovat a analyzovat bez změny jejich obsahu. U kvantových stavů to obecně není možné, protože samotné měření může měřený stav ovlivnit. Kvantová mechanika dokazuje, že není možné pouze „pozorovat“ systém bez jeho ovlivnění. Pokud útočník zachytí přenášený kvantový stav s cílem získat informaci o jeho hodnotě, musí jej změřit. Pokud ho změří, tím jej změní. Tato změna má dopad ve formě zvýšené chybovosi.

Jak je toho dosaženo? Komunikace v QKD je založena na několika vlastnostech kvantového světa:

Princip superpozice říká, že kvantový systém může existovat v kombinaci více stavů současně. Ale jen do okamžiku, dokud nedojde k měření, které vede k jednomu z možných výsledků.
Provázání (entanglement) popisuje vlastnost, kdy dva kvantové systémy mohou být připraveny tak, že jejich výsledky měření vykazují silné korelace (souvislost). Pro kvantový svět je důležité, že některé tyto korelace nelze vysvětlit klasickým modelem předem určených hodnot. Vlastní kvantová kryptografie potom využívá důsledků, protože právě tyto korelace umožňují pomocí ověřit existenci provázání a detekovat zásah třetí strany.
Heisenbergův princip popisuje zákonitost kvantového světa, kdy některé dvojice vlastností systému nelze současně přesně znát. Nejčastěji se vysvětluje následujícím způsobem. Nelze současně s libovolnou přesností změřit polohu a hybnost částice. Čím přesněji určíte jednu vlastnost, tím méně přesně znáte druhou. Čím menší částici měříme, tím vyšší energii musíme použít a tím více pozorovaný systém měníme.
Neoddělitelnost měření a změny kvantového stavu souvisí s principy kvantového měření. Popisuje omezení současné znalosti některých dvojic fyzikálních veličin.
No-cloning theorem útočníka omezuje zase jiným způsobem. Podle současných znalostí neexistuje univerzální způsob, jak dokonale zkopírovat neznámý kvantový stav bez znalosti původního stavu.

Připomínky kryptologů k práci QKD

Quantum Key Distribution není pouhá hračka. V minulosti se tato technologie přehlížela, považovala se pouze za zajímavý fyzikální experiment, jakousi akademickou zábavu, která nebude použitelná v praxi. Ale přináší několik zajímavých prvků, které mohou za určitých podmínek zvýšit bezpečnost komunikace. Kvantová distribuce klíčů dokáže přenášet klíčový materiál, ale má jisté nedostatky. Na současné úrovni znalostí nevíme o způsobu, jak ověřit základní vlastnosti takového kanálu, které patří mezi standardní požadavky na zabezpečení v rámci současné asymetrické kryptografie. Pod těmi požadovanými vlastnostmi se skrývají termíny jako je integrita, identita a autenticita odesílatele, případě zda taková identita vůbec existuje. Proto ke svému provozu QKD potřebuje a stále bude potřebovat klasický autentizovaný provozní kanál. Právě z tohoto důvodu je k nasazení této technologie jako univerzálního řešení problému s kvantovými počítači jistá skepse. Jednotlivé argumenty lze seřadit přibližně následujícím způsobem:

Potřeba bezpečnostních důkazů. Je potřeba si uvědomit, že existence teoretického bezpečnostního důkazu protokolu a existence bezpečnostního důkazu pro danou implementaci jsou dvě rozdílné záležitosti.
Výměna klíčů bez autentizace neposkytuje ochranu proti aktivnímu útočníkovi. Bez ověření identity a autenticity je možný MITM útok, tedy jedná se o zásadní slabinu koncepce. Z tohoto důvodu je nutné ke každému QKD kanálu vytvořit další běžný kanál, který tyto kroky zajišťuje.
Kvantové počítače nejsou jediná hrozba. Přestože se QKD z hlediska marketingu uvažuje jako dokonalé řešení, není to tak. Kryptografie se vyvíjí a kvantové počítače jsou sice jedna z hrozeb, ale nejedná se o apokalypsu. Existují a dále se vyvíjí řešení, které těmto počítačům vzdorují. Naproti tomu QKD je zaměřeno na úzce definovanou oblast bezpečnosti. Bezpečná distribuce klíčů má sloužit pro následné nasazení běžné kryptografie, tento kanál ale neřeší většinu ostatních bezpečnostních problémů moderních komunikačních systémů.
QKD nebude možné používat v celém internetu. Používá se pro omezený okruh aplikací, protože jsou oblasti, kde je jeho nasazení přínosné. V tuto chvíli se jedná o stovky implementací, mezi operátory, datovými centry, nebo uživateli s těmito specifickými potřebami. Už jenom ekonomické dopady spojené nasazením této technologie v celém internetu jsou dostatečně silné na to, aby vyděsily i otrlého ekonoma.
Fyzický hardware bude vždy dražší než matematika. To je sice pravda, implementace PQC algoritmů je levnější, na druhou stranu tu jsou oblasti s požadavkem na vysokou míru důvěrnosti, kde takové řešení má smysl. Přesto jsou oblasti, kde ekonomický stránka řešení problému může být z hlediska rozsahu dopadů nezajímavá. Navíc je nutné počítat s postupným snižováním nákladů na implementaci kvantové kryptografie v čase. Dnešní špičkové technologie mohou být za několik dekád zcela běžné.

Co nabízí asymetrická kryptografie

Asymetrická kryptografie je obor, který se rozvíjí již několik dekád. Původní algoritmy založené na obtížnosti řešení určitých problémů jsou v současnosti již za zenitem, jejich bezpečnost je vážně ohrožena kvantovými počítači. Nová řešení, takzvaná kvantově odolná kryptografie (PQC – Post Quantum Cryptography nebo QRC – Quantum Resistant Cryptography) připravuje svůj nástup na scénu. Některé algoritmy jsou standardizovány, jsou pro ně ověřené implementace a pomalu je možné je začít používat. V této oblasti jsou dnes dostupné ML-KEM, tento rok by měl být dostupný HQC-KEM, algoritmy digitálního podpisu zde nebudu zmiňovat.

Pojmenování asymetrická kryptografie vychází z přístupu, kdy jeden klíč slouží pro šifrování dat a druhý pro dešifrování. Když se na to ale podíváme z pohledu uživatele, co vlastně v současnosti asymetrická kryptografie nabízí? Jedná se o řešení několika skupin problémů z oblasti informatiky:

KEM (Key Exchange Mechanism), tedy mechanismusm výměny klíčů. Tato skupina algoritmů se dělí na Key Agreement a Key Transport. V rámci Key Agreement dochází k domluvě na sdíleném tajemství, kde se protistrany domluví na tajemství bez nutnosti ho zaslat z jedné strany na druhou. V případě Key Transport dochází k tvorbě tajemství na jedné straně a odeslání na stranu druhou.
DSA (Digital Signature Algorithm), tedy mechanismus digitálního podpisu. Zajišťuje schopnost vytvořit jednoznačný matematický výstup nad určitými daty, který je možné pomocí veřejného klíče ověřit. Vzhledem ke složitosti algoritmu je tak poskytnut jednoznačný důkaz spojující klíč s jeho vlastníkem.
Autentizace stran, která dovoluje ověřit identitu protistrany, může využívat asymetrickou kryptografii, ale není to podmínkou.
Ověření existence identity protistrany navázané například na PKI, postavené právě nad digitálními podpisy, využívající asymetrickou kryptografii.

Tedy tato forma ochrany komunikačních kanálů zajišťuje základy důvěry v nedůvěryhodném internetu. Bez těchto ochranných mechanismů není možné zajistit důvěru a ověřitelnost protistran. Dále, z právního hlediska umožňuje asymetrická kryptografie prokazovat identitu podepisující osoby, autenticitu a integritu dat a také projev vůle spojený s digitálním podpisem. Tyto vlastnosti jsou klíčové pro právní uznatelnost elektronických úkonů. Ale podobné řešení pro QKD v tuto chvíli neexistuje.

Pokračování příště ...

Příští část se bude věnovat jednotlivým protokolům a principům, na kterých jsou postaveny.

Reference:

Is the Security of Quantum Cryptography Guaranteed by the Laws of Physics?, 2018, Daniel J. Bernstein
Zdroj: https://arxiv.org/abs/1803.04520
Quantum Cryptography: As Useless as It Is Expensive?, 2008, Bruce Schneier
Zdroj: https://www.schneier.com/blog/archives/2008/02/quantum_cryptog.html
Quantum Key Distribution: A Critical Review, 2016, Martin Schaeffer
Zdroj: https://arxiv.org/abs/1609.06207
Post-Quantum Cryptography: Current State and Quantum Key Distribution Debate, 2015, Daniel J. Bernstein, Tanja Lange
Zdroj: https://pqcrypto.org/

Autor článku:

Jan Dušátko

Jan Dušátko se počítačům a počítačové bezpečnosti věnuje již skoro čtvrt století. V oblasti kryptografie spolupracoval s předními odborníky např. s Vlastimilem Klímou, či Tomášem Rosou. V tuto chvíli pracuje jako bezpečnostní konzultant, jeho hlavní náplní jsou témata související s kryptografií, bezpečností, e-mailovou komunikací a linuxovými systémy.

1. Úvodní ustanovení

1.1. Tyto všeobecné obchodní podmínky jsou, není-li ve smlouvě písemně dohodnuto jinak, nedílnou součástí všech smluv týkajících školení, pořádaných nebo poskytovaných školitelem, Jan Dušátko, IČ 434 797 66, DIČ 7208253041, se sídlem Pod Harfou 938/58, Praha 9, zapsané u Úřadu městské části Praha 9 (dále jen „školitel“).
1.2. Smluvními stranami ve všeobecných obchodních podmínkách jsou míněni školitel a objednatel, kdy objednatel může být zároveň zprostředkovatelem smluvního vztahu.
1.3. Záležitosti, které nejsou upravené těmito obchodními podmínkami, se řeší podle Občanského zákoníků, tj. zákon č. 89/2012 Sb.

2. Vznik smlouvy přihlášením ke kurzu

2.1. Přihláškou se rozumí jednostranný úkon objednatele adresovaný školiteli prostřednictvím datové schránky s identifikací euxesuf, e-mailu na adresu register@cryptosession.cz nebo register@cryptosession.info, internetových stránek cryptosession.cz, cryptosession.info nebo kontaktním telefonem +420 602 427 840.
2.2. Odesláním přihlášky objednatel souhlasí s těmito všeobecnými podmínkami a prohlašuje, že se s nimi seznámil.
2.3. Přihláška se považuje za přijatou momentem potvrzení (stadnardně do 2 pracovních dní) školitelem nebo zprostředkovatelem. Toto potvrzení je zasláno do datové schránky nebo na kontaktní e-mail.
2.4. Standardní doba pro přihlášení je nejpozději 14 pracovních dní před konáním vzdělávací akce, pokud není uvedeno jinak. V případě fyzické nepodnikající osoby musí být objednávka alespoň 28 pracovních dní před konáním vzdělávací akce.
2.5. Na jednu přihláškou lze přihlásit i více než jednoho účastníka.
2.6. Pokud je více než 10 účastníků od jednoho objednatele, je možné se domluvit na školení v místě sídla zprostředkovatele nebo objednatele.
2.7. Přihlášky jsou přijímány a zpracovávány v pořadí, v jakém došly poskytovateli. Poskytovatel neprodleně informuje objednatele o všech skutečnostech. Těmi se míní naplnění kapacity, příliš nízký počet účastníků, nebo jiný závažný důvod, jako je nemoc lektora nebo zásah vyšší moci. Objednateli bude v tomto případě nabídnut nový termín, případně účast na jiné vzdělávací akci. V případě, že objednatel nebude s přesunutím či účastí na jiné nabídnuté vzdělávací akci souhlasit, poskytovatel mu vrátí účastnický poplatek. Nedostatečný účastníků je oznámen objednateli alespoň 14 dní před začátkem plánovaného termínu.
2.8. Smlouva mezi poskytovatelem a objednatelem vzniká odesláním potvrzení poskytovatelem objednateli.
2.9. Smlouvu lze změnit nebo zrušit pouze za splnění zákonných předpokladů a pouze písemně.

3. Zánik smlouvy zrušením přihlášky

3.1. Přihláška může být objednatelem zrušena pomocí e-mailu, nebo pomocí datové schránky.
3.2. Zákazník má právo stornovat svoji přihlášku na kurz 14 dní před konáním kurzu bez jakýchkoliv poplatků. Pokud se jedná o kratší dobu, dochází k následné změně. V intervalu 7-13 dní je účtován administrativní poplatek 10%, storno účasti v kratším intervalu než 7 dní pak poplatek 25%. V případě storna přihlášky nebo objednávky ze strany zákazníka je nabízena možnost účasti zákazníka v náhradním termínu bez dalšího poplatku. Právo na zrušení přihlášky zaniká realizací objednaného školení.
3.3. Při zrušení přihlášky školitelem náleží objednateli plná náhrada za neuskutečněnou akci.
3.4. Objednatel má právo žádat náhradní termín nebo náhradní školení. V takovém případě bude objednatel informován o všech otevřených kurzech. Náhradní termín si nelze vymáhat ani vynucovat, závisí na aktuální dostupnosti kurzu. Pokud má náhradní školení nižší cenu, objednatel doplatí rozdíl. Pokud má náhradní školení nižší cenu, školitel vrátí rozdíl cen školení objednateli.

4. Cena a platební podmínky

4.1. Odesláním přihlášky objednatel akceptuje smluvní cenu (dále jen účastnický poplatek) uvedenou u daného kurzu.
4.2. V případě více účastníků přihlášených jednou přihláškou je možná sleva.
4.3. Účastnický poplatek musí být uhrazen na bankovní účet společnosti vedený u Komerční banky č. 78-7768770207/0100. Při platbě je nutné uvést variabilní symbol, který je uveden na faktuře, odeslané objednateli školitelem.
4.4. Účastnický poplatek zahrnuje náklady poskytovatele včetně školicích materiálů. Poskytovatel je plátce DPH.
4.5. Účastnický poplatek je objednatel povinen uhradit do 14 pracovních dní od přijetí faktury, pokud nebylo samostatnou smlouvou uvedeno jinak.
4.6. Pokud se přihlášená osoba neúčastní školení a nedošlo k jiné domluvě, je její neúčast považována za storno příhlášku v intervalu kratším než 7 dní, tj. školiteli náleží odměna ve výši 25% z ceny kurzu. Přeplatek je vrácen do 14 dní na platební účet odesílatele, ze kterého byly prostředky odeslány. Platba na jiné číslo účtu není možná.
4.7. Nejdéle do 5 pracovních dní od začátku školení bude školitelem vystavena faktura, která bude dle dohody odeslána e-mailem nebo datovou schránkou.

5. Podmínky školení

5.1. Školitel je povinnen informovat objednatele 14 dní dopředu o místě a času školení, včetně termínu zahájení a ukončení denního programu.
5.2. Pokud objednatel není studentem kurzu, je povinnen zajistit distribuci těchto informací koncovým účastníkům. Za nesplnění těchto podmínek školitel nenese odpovědnost.
5.2. Standardně školení probíhá v čase od 9:00 do 17:00 na předem určeném místě.
5.3. Školitel může být dle aktuálních podmínek k dispozici od 8:00 do 9:00 a následně od 17:00 do 18:00 pro dotazy účastníků.
5.4. Na konci školení je koncovým uživatelům předán certifikát o absolovování.
5.5. Na konci školení koncoví uživatelé vyhodnocují přístup lektora a mají se vyjádřit k ohodnocení jeho prezentace, způsobu přednesení a ohodnotit významn poskytnutých informací.

6. Reklamace

6.1. Pokud je účastník hrubě nespokojen s průběhem kurzu, je školitel o této informaci vyrozuměn.
6.2. Důvody nespokojenosti jsou ten samý den zapsány do protokolu ve dvou kopiích. Jedna je předána objednateli a jednu má školitel.
6.3. Vyjádření k reklamaci bude podáno e-mailem do dvou týdnů. Následně do jednoho týdne bude domluven způsob řešení.
6.4. Nespokojenost zákazníka může být důvodem k rozvázání další spolupráce, nebo finanční kompenzaci až do výše ceny školení po odečtení nákladů.

7. Autorská práva k poskytnutým materiálům

7.1. Školicí materiály poskytnuté školitelem v rámci konání školení splňují znaky autorského díla dle zákona č. 121/2000 Sb.
7.2. Žádný ze školicích materiálů ani jeho část nesmí být bez předchozího písemného souhlasu školitele jakýmkoli způsobem dále zpracovávána, rozmnožována, rozšiřována nebo využívána k dalším prezentacím nebo školením.

8. Zodpovědnost

8.1. Školitel nepřebírá odpovědnost za nedostatky ve službách kterékoliv třetí strany, kterou využívá při školeních.
8.2. Školitel nepřebírá odpovědnost za zranění, škody a ztráty, vzniklé účastníkům vzdělávacích akcí, nebo které byly účastníky způsobeny. Takové náklady, způsobené uvedenými okolnostmi, ponese výhradně účastník vzdělávací akce.

9. Platnost podmínek

9.1 Tyto všeobecné obchodní podmínky jsou platné a účinné od 1. října 2024.