İşte Kuantum Anahtar Dağıtımı (Quantum Key Distribution - QKD) hakkında kapsamlı bir makale:
# Kuantum Anahtar Dağıtımı (QKD)
**Kuantum Anahtar Dağıtımı (QKD)**, [kuantum mekaniği](https://www.nedemek.page/kavramlar/kuantum%20mekaniği) prensiplerini kullanarak iki taraf arasında güvenli bir şifreleme anahtarı oluşturma yöntemidir. Bu anahtar, daha sonra simetrik şifreleme algoritmalarıyla (örneğin, [AES](https://www.nedemek.page/kavramlar/AES) gibi) gizli bilgileri şifrelemek ve çözmek için kullanılabilir. QKD'nin temel avantajı, güvenliğinin matematiksel karmaşıklığa değil, [fizik](https://www.nedemek.page/kavramlar/fizik) yasalarına dayanmasıdır. Bu da, klasik bilgisayarların veya gelecekteki [kuantum bilgisayarları](https://www.nedemek.page/kavramlar/kuantum%20bilgisayarı)'nın hesaplama gücüne karşı teorik olarak bağışıktır.
## İçindekiler
1. [Giriş](#giriş)
2. [Temel Prensipler](#temel-prensipler)
3. [QKD Protokolleri](#qkd-protokolleri)
* [BB84 Protokolü](#bb84-protokolü)
* [E91 Protokolü](#e91-protokolü)
* [B92 Protokolü](#b92-protokolü)
4. [QKD'nin Güvenliği](#qkdnin-güvenliği)
* [Gizlice Dinleme (Eavesdropping) Saldırıları](#gizlice-dinleme-eavesdropping-saldırıları)
* [Kuantum Bit Hata Oranı (QBER)](#kuantum-bit-hata-oranı-qber)
* [Anahtar Uzlaştırma ve Gizlilik Amplifikasyonu](#anahtar-uzlaştırma-ve-gizlilik-amplifikasyonu)
5. [QKD'nin Uygulanması](#qkdnin-uygulanması)
* [Fiber Optik QKD](#fiber-optik-qkd)
* [Serbest Uzay QKD](#serbest-uzay-qkd)
* [Uydu Tabanlı QKD](#uydu-tabanlı-qkd)
6. [Avantajları ve Dezavantajları](#avantajları-ve-dezavantajları)
* [Avantajları](#avantajları)
* [Dezavantajları](#dezavantajları)
7. [Gelecek Trendler ve Araştırma Alanları](#gelecek-trendler-ve-araştırma-alanları)
8. [Sonuç](#sonuç)
9. [Ayrıca Bakınız](#ayrıca-bakınız)
10. [Kaynakça](#kaynakça)
## 1. Giriş
Geleneksel şifreleme yöntemleri, matematiksel algoritmalara ve bu algoritmaları çözmenin hesaplama zorluğuna dayanır. Ancak, [kuantum bilgisayarları](https://www.nedemek.page/kavramlar/kuantum%20bilgisayarı)'nın geliştirilmesi, bu algoritmaların çoğunu (örneğin, [RSA](https://www.nedemek.page/kavramlar/RSA) ve [ECC](https://www.nedemek.page/kavramlar/ECC)) kırabilecek potansiyele sahiptir. QKD, bu tehdide karşı koymak için geliştirilen, güvenliği [fizik](https://www.nedemek.page/kavramlar/fizik) yasalarına dayanan bir çözümdür.
## 2. Temel Prensipler
QKD, [kuantum mekaniği](https://www.nedemek.page/kavramlar/kuantum%20mekaniği)'nin aşağıdaki temel prensiplerini kullanır:
* **Kuantum Süperpozisyonu:** Bir [kuantum sistemi](https://www.nedemek.page/kavramlar/kuantum%20sistemi), birden fazla durumda aynı anda var olabilir.
* **Kuantum Ölçümü:** Bir [kuantum sistemi](https://www.nedemek.page/kavramlar/kuantum%20sistemi) ölçüldüğünde, süperpozisyon durumu çöker ve sistem belirli bir durumda gözlemlenir. Ölçüm, sistemin durumunu değiştirir.
* **Kuantum Dolanıklığı:** İki veya daha fazla [kuantum sistemi](https://www.nedemek.page/kavramlar/kuantum%20sistemi) arasında, aralarındaki mesafeden bağımsız olarak anında bir ilişki olabilir. Bu, bir sistemin durumunun ölçülmesinin, diğer sistemin durumunu etkilemesine neden olur.
* **Klonlama Yok Teoremi:** Bilinmeyen bir [kuantum durumu](https://www.nedemek.page/kavramlar/kuantum%20durumu)'nun mükemmel bir kopyasını oluşturmak mümkün değildir.
## 3. QKD Protokolleri
QKD'nin en yaygın protokolleri şunlardır:
### BB84 Protokolü
[Charles Bennett](https://www.nedemek.page/kavramlar/Charles%20Bennett) ve [Gilles Brassard](https://www.nedemek.page/kavramlar/Gilles%20Brassard) tarafından 1984 yılında geliştirilen BB84, en bilinen ve en çok uygulanan QKD protokolüdür. Bu protokolde, [Alice](https://www.nedemek.page/kavramlar/Alice) (gönderen) ve [Bob](https://www.nedemek.page/kavramlar/Bob) (alıcı), tek fotonları kullanarak kuantum kanalı üzerinden bilgi alışverişinde bulunur. Fotonlar, dört farklı polarizasyon durumunda gönderilir:
* 0° (doğrusal)
* 90° (doğrusal)
* 45° (diyagonal)
* 135° (diyagonal)
Alice, her bit için rastgele bir polarizasyon tabanı (doğrusal veya diyagonal) seçer ve fotonları bu tabanlara göre polarize eder. Bob da gelen fotonları rastgele seçtiği bir tabanda ölçer. Ölçümden sonra, Alice ve Bob klasik bir kanal üzerinden hangi tabanları kullandıklarını karşılaştırır. Aynı tabanı kullandıkları bitler saklanır, farklı tabanları kullandıkları bitler atılır. Kalan bitler, ham anahtarı oluşturur.
### E91 Protokolü
[Artur Ekert](https://www.nedemek.page/kavramlar/Artur%20Ekert) tarafından 1991 yılında geliştirilen E91, [kuantum dolanıklığı](https://www.nedemek.page/kavramlar/kuantum%20dolanıklığı)'na dayanan bir protokoldür. Bu protokolde, Alice ve Bob, dolanık foton çiftleri üretir ve bunları ölçer. Ölçümler, farklı yönlerdeki polarizasyon filtreleriyle yapılır. Dolanık fotonlar arasındaki korelasyonlar, anahtar oluşturmak ve gizlice dinlemeyi tespit etmek için kullanılır.
### B92 Protokolü
[Charles Bennett](https://www.nedemek.page/kavramlar/Charles%20Bennett) tarafından 1992 yılında geliştirilen B92, BB84'e benzer ancak daha basittir. B92, yalnızca iki polarizasyon durumu kullanır ve gizlice dinlemeyi tespit etmek için daha karmaşık bir analiz gerektirir.
## 4. QKD'nin Güvenliği
QKD'nin güvenliği, [kuantum mekaniği](https://www.nedemek.page/kavramlar/kuantum%20mekaniği)'nin temel prensiplerine dayanır. Gizlice dinleyen bir [Eve](https://www.nedemek.page/kavramlar/Eve), kuantum kanalına müdahale etmeye çalıştığında, bu müdahale [Alice](https://www.nedemek.page/kavramlar/Alice) ve [Bob](https://www.nedemek.page/kavramlar/Bob) tarafından tespit edilebilir.
### Gizlice Dinleme (Eavesdropping) Saldırıları
[Eve](https://www.nedemek.page/kavramlar/Eve), kuantum kanalına çeşitli şekillerde müdahale etmeye çalışabilir. En yaygın saldırılar şunlardır:
* **Intercept-Resend Saldırısı:** Eve, Alice'in gönderdiği fotonları yakalar, ölçer ve Bob'a kendi fotonlarını gönderir. Bu saldırı, kuantum ölçümünün sistemin durumunu değiştirmesi nedeniyle tespit edilebilir.
* **Photon Number Splitting (PNS) Saldırısı:** Eve, Alice'in gönderdiği zayıf lazer darbelerinde birden fazla foton bulunmasını fırsat bilerek, bazı fotonları yakalar ve ölçer. Kalan fotonları Bob'a gönderir. Bu saldırıya karşı koymak için, tek foton kaynakları veya decoy state teknikleri kullanılır.
### Kuantum Bit Hata Oranı (QBER)
[Kuantum Bit Hata Oranı (QBER)](https://www.nedemek.page/kavramlar/Kuantum%20Bit%20Hata%20Oranı), Alice ve Bob'un paylaştığı ham anahtardaki hataların yüzdesidir. QBER, kanal gürültüsü, cihaz kusurları ve gizlice dinleme girişimleri nedeniyle oluşabilir. Yüksek bir QBER, gizlice dinlemenin varlığını gösterir.
### Anahtar Uzlaştırma ve Gizlilik Amplifikasyonu
Ham anahtar oluşturulduktan sonra, Alice ve Bob, anahtar uzlaştırma (key reconciliation) ve gizlilik amplifikasyonu (privacy amplification) adı verilen iki aşamalı bir işlem gerçekleştirir.
* **Anahtar Uzlaştırma:** Alice ve Bob, klasik bir kanal üzerinden hata düzeltme kodları kullanarak ham anahtardaki hataları düzeltir.
* **Gizlilik Amplifikasyonu:** Alice ve Bob, gizlice dinleme girişimlerinden kaynaklanan bilgileri çıkarmak için ham anahtarı kısaltır. Bu işlem, [Evrensel Hashing](https://www.nedemek.page/kavramlar/Evrensel%20Hashing) gibi teknikler kullanılarak gerçekleştirilir.
## 5. QKD'nin Uygulanması
QKD, farklı ortamlarda uygulanabilir:
### Fiber Optik QKD
Fiber optik QKD, mevcut [fiber optik](https://www.nedemek.page/kavramlar/fiber%20optik) ağlar üzerinden kuantum anahtarları dağıtmak için kullanılır. Bu yöntem, nispeten düşük maliyetli ve kolay uygulanabilir olmasına rağmen, fiber optik kabloların zayıflaması nedeniyle menzili sınırlıdır (tipik olarak 100-200 km).
### Serbest Uzay QKD
Serbest uzay QKD, atmosfer veya uzay boşluğu üzerinden kuantum anahtarları dağıtmak için kullanılır. Bu yöntem, daha uzun mesafelerde iletişim sağlayabilir, ancak atmosferik türbülans, bulutlar ve diğer çevresel faktörlerden etkilenir.
### Uydu Tabanlı QKD
Uydu tabanlı QKD, uyduları kullanarak dünya çapında kuantum anahtarları dağıtmak için kullanılır. Bu yöntem, çok uzun mesafelerde güvenli iletişim sağlayabilir, ancak yüksek maliyetli ve karmaşıktır. [Çin](https://www.nedemek.page/kavramlar/Çin)'in [Micius](https://www.nedemek.page/kavramlar/Micius) uydusu, bu alanda önemli bir kilometre taşı olmuştur.
## 6. Avantajları ve Dezavantajları
### Avantajları
* **Koşulsuz Güvenlik:** QKD'nin güvenliği, [fizik](https://www.nedemek.page/kavramlar/fizik) yasalarına dayanır ve matematiksel karmaşıklığa değil. Bu, gelecekteki hesaplama gücüne karşı bağışık olduğu anlamına gelir.
* **Gizlice Dinleme Tespiti:** QKD, gizlice dinleme girişimlerini tespit etme yeteneğine sahiptir.
* **Uzun Vadeli Güvenlik:** QKD ile oluşturulan anahtarlar, gelecekteki saldırılara karşı korunabilir.
### Dezavantajları
* **Menzil Sınırlamaları:** Fiber optik QKD'nin menzili, fiber kayıpları nedeniyle sınırlıdır. Serbest uzay ve uydu tabanlı QKD, çevresel faktörlerden etkilenebilir.
* **Maliyet:** QKD sistemleri, geleneksel şifreleme sistemlerine göre daha maliyetli olabilir.
* **Anahtar Üretim Hızı:** QKD'nin anahtar üretim hızı, bazı uygulamalar için yetersiz olabilir.
* **Altyapı Gereksinimleri:** QKD, özel altyapı gerektirebilir.
## 7. Gelecek Trendler ve Araştırma Alanları
* **QKD Menzilini Artırma:** Fiber optik QKD'nin menzilini artırmak için [kuantum tekrarlayıcıları](https://www.nedemek.page/kavramlar/kuantum%20tekrarlayıcısı) geliştirme çalışmaları devam etmektedir.
* **QKD Maliyetini Düşürme:** QKD sistemlerinin maliyetini düşürmek için entegre fotonik çipler ve diğer teknolojiler geliştirilmektedir.
* **QKD'yi Mevcut Ağlara Entegre Etme:** QKD'yi mevcut [ağ altyapısı](https://www.nedemek.page/kavramlar/ağ%20altyapısı)'na entegre etmek için çalışmalar yapılmaktadır.
* **Mobil QKD:** Mobil cihazlar için QKD çözümleri geliştirilmektedir.
* **Kuantum İnterneti:** QKD, [kuantum interneti](https://www.nedemek.page/kavramlar/kuantum%20interneti)'nin temel bir bileşeni olarak kabul edilmektedir.
## 8. Sonuç
[Kuantum Anahtar Dağıtımı (QKD)](https://www.nedemek.page/kavramlar/Kuantum%20Anahtar%20Dağıtımı), geleneksel şifreleme yöntemlerine göre daha güvenli bir alternatif sunan umut verici bir teknolojidir. [Kuantum mekaniği](https://www.nedemek.page/kavramlar/kuantum%20mekaniği)'nin temel prensiplerine dayanan QKD, gelecekteki hesaplama gücüne karşı bağışıktır ve güvenli iletişimin sağlanmasında önemli bir rol oynayabilir.
## 9. Ayrıca Bakınız
* [Kuantum Şifreleme](https://www.nedemek.page/kavramlar/kuantum%20şifreleme)
* [Kuantum Hesaplama](https://www.nedemek.page/kavramlar/kuantum%20hesaplama)
* [Kuantum Algoritmaları](https://www.nedemek.page/kavramlar/kuantum%20algoritmaları)
* [Kuantum İnterneti](https://www.nedemek.page/kavramlar/kuantum%20interneti)
## 10. Kaynakça
* Bennett, C. H., & Brassard, G. (1984). Quantum cryptography: Public key distribution and coin tossing. *Theoretical Computer Science*, *560*, 7-11.
* Ekert, A. K. (1991). Quantum cryptography based on Bell's theorem. *Physical Review Letters*, *67*(6), 661.
* Shor, P. W. (1994). Algorithms for quantum computation: discrete logarithms and factoring. *Proceedings 35th annual symposium on foundations of computer science*, 124-134.
Bu makale, QKD hakkında geniş bir genel bakış sunmaktadır. Daha fazla detay için ilgili kaynaklara başvurabilirsiniz.