Fundamentale Quantenkonzepte
Das No-Cloning-Theorem besagt, dass es unmöglich ist, einen unbekannten Quantenzustand exakt zu kopieren. Dieses fundamentale Prinzip der Quantenmechanik bildet die Grundlage für die Sicherheit von AitherShield. Jeder Versuch, den Quantenzustand zu messen oder zu kopieren, führt zur Störung des ursprünglichen Zustands und damit zur Detektierung des Zugriffsversuchs.
Verschränkung ist ein Phänomen, bei dem zwei oder mehr Quantensysteme so miteinander verbunden sind, dass der Zustand eines Systems nicht unabhängig vom Zustand des anderen beschrieben werden kann. AitherShield nutzt verschränkte Bell-Zustände als Frühwarnsystem: Jede Störung an einem verschränkten Qubit wird sofort am anderen sichtbar.
Bell-Zustände sind maximal verschränkte Quantenzustände von zwei Qubits. Der am häufigsten verwendete Bell-Zustand ist |Φ⁺⟩ = (|00⟩ + |11⟩)/√2. In AitherShield werden Bell-Zustände kontinuierlich überwacht. Die Bell-State-Fidelity F = ⟨Φ⁺|ρ|Φ⁺⟩ gibt an, wie gut der tatsächliche Zustand ρ mit dem idealen Bell-Zustand übereinstimmt. Ein Abfall der Fidelity unter einen Schwellenwert deutet auf eine Störung hin.
Quantenmechanische Sicherheitsprinzipien
Dekohärenz beschreibt den Verlust von Quanteneigenschaften durch Wechselwirkung mit der Umgebung. Während Dekohärenz normalerweise als Problem betrachtet wird, nutzt AitherShield sie als Sicherheitsmerkmal: Kontrollierte Dekohärenz macht es unmöglich, Quantenzustände über längere Zeit zu erhalten, ohne den korrekten Seed zu besitzen.
AitherShield appliziert ein dynamisches, seed-gesteuertes Quantenrauschen auf die zu schützenden Daten. Dieses Rauschen besteht aus parametrisierten Quantengattern (U3, RX, RY, RZ), deren Winkel kryptographisch aus einem Seed abgeleitet werden. Nur mit dem exakten Seed können die inversen Operationen durchgeführt und die Daten wiederhergestellt werden.
Quanten-Lock-In-Mechanismus
Der Kern von AitherShield ist der "Quanten-Lock-In"-Mechanismus. Dieser transformiert die Quantenhardware von einem reinen Rechenwerkzeug in einen aktiven, unbesiegbaren Wächter. Das System umhüllt klassische Daten mit einer Schicht aus dynamischem, seed-gesteuertem Quantenrauschen. Nur wer den exakten Seed besitzt, kann diese Schicht kohärent entfernen und die Daten wiederherstellen.
Jeder Versuch, das System ohne den Seed zu analysieren, führt unweigerlich zur Dekohärenz der Quantenzustände und damit zur Zerstörung der Information oder zur sofortigen Detektierung des Zugriffsversuchs. Dies stellt einen fundamentalen Unterschied zu klassischer Kryptographie dar, die auf mathematischer Komplexität basiert und theoretisch mit genügend Rechenleistung gebrochen werden kann.
Verschränkung als aktives Alarmsystem
AitherShield implementiert ein neuartiges Paradigma, das über QKD (Quantum Key Distribution) hinausgeht. Der Schlüsselmechanismus ist die Erzeugung von Bell-Zuständen zwischen speziellen Sicherheits-Qubits während eines Rechenvorgangs. Jeder Versuch, den Quantenzustand zu messen oder zu stören, um die Daten auszulesen, führt zum Kollabieren der Wellenfunktion und damit zum irreversiblen Verlust der Verschränkungskorrelationen.
Die Bell-State-Fidelity wird kontinuierlich überwacht. Ein Abfall unter einen Schwellenwert löst adaptive Gegenmaßnahmen aus, wie die Erhöhung der Rauschschichten oder den Abbruch der Berechnung. Dieser Mechanismus nutzt direkt aus, dass ein unbekannter Quantenzustand nicht kopiert werden kann, ohne ihn zu verändern.