qcrypt

Biblioteka kryptograficzna łącząca kryptografię post-kwantową (PQC) z symulacją kwantowej dystrybucji klucza (QKD / BB84).

Ważne zastrzeżenie

Czysty Python nie ma dostępu do sprzętu kwantowego. Ta biblioteka dzieli się na dwie realistyczne części:

• qcrypt.pqc — prawdziwe, produkcyjne algorytmy odporne na ataki komputerów kwantowych (Kyber/ML-KEM, Dilithium/ML-DSA), działające na zwykłym procesorze już dziś. To jest realne zastosowanie.
• qcrypt.qkd — symulacja matematyczna protokołu BB84 do celów edukacyjnych. Domyślnie nie wykonuje żadnych operacji na prawdziwych kubitach. Można podłączyć QiskitBackend, żeby faktycznie budować i wykonywać obwody kwantowe na symulatorze Qiskit Aer (lub realnym QPU IBM).

Instalacja

pip install -e .                    # rdzeń (AEAD, symulacja BB84, X25519)
pip install -e .[pqc]               # + Kyber/Dilithium (liboqs-python)
pip install -e .[qkd-hw]            # + prawdziwe obwody kwantowe (Qiskit)
pip install -e .[all]               # wszystko

liboqs-python wymaga skompilowania biblioteki C liboqs — zobacz https://github.com/open-quantum-safe/liboqs-python

Szybki start

1. Hybrydowa wymiana klucza (produkcyjna)

from qcrypt import HybridKEM, AEAD

bob = HybridKEM()
bundle = bob.generate_keypair()          # Bob -> wysyła do Alice

ciphertext, alice_secret = HybridKEM.encapsulate(bundle)   # Alice
bob_secret = bob.decapsulate(ciphertext)                    # Bob

assert alice_secret == bob_secret

cipher = AEAD(key=alice_secret)
blob = cipher.encrypt(b"tajna wiadomosc")
plaintext = AEAD(key=bob_secret).decrypt(blob)

2. Symulacja BB84 (edukacyjna)

from qcrypt.qkd.bb84 import BB84Protocol
from qcrypt.qkd.channel import QuantumChannel

# Kanał bez podsłuchu
channel = QuantumChannel(noise_level=0.02)
result = BB84Protocol(channel=channel, n_qubits=2048).run()
print(result.qber, result.eavesdropper_detected)

# Kanał z podsłuchem — QBER wzrośnie i zostanie wykryty
channel_eve = QuantumChannel(eavesdropper=True)
result_eve = BB84Protocol(channel=channel_eve, n_qubits=2048).run()
assert result_eve.eavesdropper_detected

3. CLI

python -m qcrypt.cli bb84-demo --qubits 4096
python -m qcrypt.cli bb84-demo --qubits 4096 --eve      # symulacja podsłuchu
python -m qcrypt.cli hybrid-demo --classical-only         # bez liboqs
python -m qcrypt.cli encrypt --key-hex <64 hex znaki> --in plik.txt --out plik.enc
python -m qcrypt.cli decrypt --key-hex <64 hex znaki> --in plik.enc --out plik.txt

Struktura

qcrypt/
├── pqc/
│   ├── kem.py          # Kyber/ML-KEM przez liboqs-python
│   ├── signatures.py    # Dilithium/ML-DSA przez liboqs-python
│   └── hybrid.py         # X25519 + Kyber połączone przez HKDF
├── qkd/
│   ├── bb84.py           # orkiestracja protokołu, sifting, QBER, privacy amplification
│   ├── channel.py        # model kanału + symulowany podsłuchujący (Eve)
│   └── backend.py        # SimulatedBackend (domyślny) / QiskitBackend (opcjonalny)
├── symmetric/
│   └── aead.py            # AES-256-GCM + HKDF do wyprowadzania klucza
├── keystore.py             # zapis/odczyt kluczy do JSON (base64)
├── exceptions.py
└── cli.py

Bezpieczeństwo

• Implementacje PQC pochodzą z zaudytowanej biblioteki liboqs — nie implementujemy własnej kryptografii kratowej.
• HybridKEM łączy X25519 z Kyber: złamanie musi dotyczyć obu algorytmów jednocześnie, zgodnie z zaleceniami NIST na okres przejściowy.
• Moduł qkd jest edukacyjny. Nie używaj go jako jedynej warstwy bezpieczeństwa w systemie produkcyjnym bez realnego sprzętu kwantowego i zaufanego kanału uwierzytelniania klasycznego (BB84 wymaga uwierzytelnionego kanału klasycznego do sifting, inaczej podatny na man-in-the-middle).