Kolmetoista53ja 433. Sen koko on kvantitietokoneet suhteen kvanttibittejäkubitit, joka on kasvanut merkittävästi viime vuosina merkittävien julkisten ja yksityisten investointien ja aloitteiden ansiosta. Kysymys ei ole pelkästään määrästä: valmistettujen kubittien laatu on yhtä tärkeä kuin niiden lukumäärä, jotta kvanttitietokone voi voittaa olemassa olevat klassiset tietokoneemme, eli saavuttaa niin sanotun "kvanttiedun". Silti on mahdollista, että pian saatavilla on tällaisen edun tarjoavia kvanttilaskentalaitteita. Miten tämä vaikuttaisi jokapäiväiseen elämäämme?

 

Ennustaminen ei ole koskaan helppoa, mutta siitä on sovittu kryptografia muuttuu kvanttitietokoneiden tulon myötä. On lähes triviaali väite, että yksityisyys on tietoyhteiskunnamme avainkysymys: Internetin kautta vaihdetaan päivittäin valtavia määriä luottamuksellista tietoa. Näiden tapahtumien turvallisuus on ratkaisevan tärkeää ja riippuu enimmäkseen yhdestä käsitteestä: monimutkaisuudesta tai tarkemmin sanottuna laskennallisesta monimutkaisuudesta. Luottamukselliset tiedot pysyvät salaisina, koska jokaisen salakuuntelijan, joka haluaa lukea niitä, on ratkaistava erittäin monimutkainen matemaattinen ongelma.

 

Salaukseen käytetyt ongelmat ovat niin monimutkaisia ​​nykyisille algoritmeillemme ja tietokoneillemme, että tiedonvaihto on turvallista kaikkiin käytännön tarkoituksiin – ongelman ratkaisemiseen ja sitten hakkerointiin.  kestäisi naurettavan monta vuotta. Paradigmaattisin esimerkki tästä lähestymistavasta on RSA-protokolla (keksijöilleen Ron Rivestille, Adi Shamirille ja Leonard Adlemanille), joka nykyään turvaa tiedonsiirtomme.

 

RSA-protokollan turvallisuus perustuu siihen, että meillä ei vielä ole sellaista  että jakaa suuria lukuja— Jos luku on suuri, tavoitteena on löytää kaksi lukua, joiden tulo on yhtä suuri kuin alkuluku. Esimerkiksi jos alkuluku on 6, ratkaisu on 2 ja 3, koska 6=2×3. Salausprotokollat ​​on rakennettu siten, että vihollisen on tehtävä tekijöitä viestin salauksen purkamiseksi. hyvin suuri määrä (ei 6!), mikä on tällä hetkellä mahdotonta tehdä.

 

Jos rakennetaan laskentalaitteita, joiden avulla nykyiset salausmenetelmät voidaan murtaa helposti, nykyinen yksityisyyden paradigmamme on mietittävä uudelleen. Tämä koskee kvanttitietokoneita (kerran toimintakvantti  on olemassa, eli): niiden pitäisi pystyä rikkomaan RSA, koska on olemassa a kvanttialgoritmi tehokkaaseen tekijöihinjakoon. Vaikka  saattaa tarvita maailmankaikkeuden ikää tällaiseen ongelmaan, ihanteellinen kvanttitietokoneiden pitäisi pystyä tekemään se a muutama tunti tai ehkä jopa minuutteja.

 

Tästä syystä kryptografit kehittävät ratkaisuja RSA:n korvaamiseksi ja saavuttamiseksi kvanttiturvallinen turvallisuus, Että on,  jotka ovat turvassa vihollista vastaan, jolla on pääsy kvanttitietokoneeseen. Tätä varten on olemassa kaksi päätapaa: postkvanttinen salaus ja kvanttavainjakauma.

 

Kuinka salata tietoa maailmassa, joka on varustettu kvanttitietokoneilla

Postkvanttisalaus ylläpitää monimutkaisuuteen perustuvaa turvallisuusparadigmaa. Pitäisi etsiä matemaattisia ongelmia, jotka jäävät kvanttitietokoneille vaikeiksi ja käyttää niitä salausprotokollien rakentamiseen, ajatuksena taas on, että vihollinen voi hakkeroida ne vasta naurettavan pitkän ajan kuluttua. Tutkijat työskentelevät kovasti kehittääkseen algoritmeja post-kvanttisalausta varten. National Institute of Standards and Technology (NIST) aloitti prosessin pyytää ja arvioida näitä algoritmeja ja valitut ehdokkaat julkistettiin heinäkuussa 2022.

 

Postkvanttisalauksella on erittäin vahva etu: se perustuu ohjelmistoihin. Siksi se on halpa ja mikä tärkeintä, sen integrointi olemassa oleviin infrastruktuureihin on yksinkertaista, koska tarvitsee vain korvata edellinen protokolla, esimerkiksi RSA, uudella.

 

Mutta post-kvanttisalauksella on myös selvä riski: luottamuksemme valittujen algoritmien "kovuuteen" kvanttitietokoneita vastaan ​​on rajallinen. Tässä on tärkeää muistaa, että tarkasti ottaen mikään monimutkaisuuteen perustuvista kryptografisista protokollista ei ole osoittautunut turvalliseksi. Toisin sanoen ei ole todisteita siitä, että niitä ei voida ratkaista tehokkaasti klassisella tai kvanttitietokoneella.

 

Tämä pätee factoringiin: ei voida sulkea pois tehokkaan faktorointialgoritmin löytämistä, jonka avulla klassinen tietokone voisi hajottaa RSA:n, kvanttitietokonetta ei tarvita. Vaikka se on epätodennäköistä, tällaista mahdollisuutta ei voida sulkea pois. Uusien algoritmien tapauksessa näyttöä niiden monimutkaisuudesta on paljon rajallisempi, koska niitä ei ole vielä testattu intensiivisesti älykkäitä tutkijoita vastaan, saati kvanttitietokoneita vastaan. Todellakin, kvanttiturvallinen  NIST-aloitteessa ehdotettu myöhemmin murtui tunnissa tavallisella PC:llä.

 

Hyödynnä kvanttifysiikan lakeja viestinnän turvaamiseksi

Toinen lähestymistapa kvanttiturvalliseen tietoturvaan on kvanttavainjakauma. Täällä protokollien turvallisuus ei enää perustu monimutkaisuusnäkökohtiin, vaan kvanttifysiikan lakeihin. Puhumme siis kvantista fyysinen turvallisuus.

 

Yksityiskohtiin menemättä salainen avain jaetaan qubittien avulla ja protokollan suojaus seuraa Heisenbergin epävarmuusperiaate, mikä tarkoittaa, että kaikki salakuuntelijan väliintulo havaitaan, koska se muuttaa näiden kubittien tilaa. Kvanttiavainjakauman tärkein etu on, että se perustuu kvanttiilmiöihin, jotka on todennettu monissa koelaboratorioissa.

 

Suurin ongelma sen käyttöönotossa on, että se vaatii uutta (kvantti)laitteistoa. Siksi se on kallista, eikä sen integrointi olemassa oleviin infrastruktuureihin ole helppoa. Silti tärkeitä aloitteita tehdään kvanttiavainten jakelun käyttöönotto Euroopan mittakaavassa.

 

Kumpi lähestymistapa valita? Tämä kysymys esitetään usein joko-tai-vaihtoehtona, ja jopa tässä artikkelissa olet ehkä antanut tämän vaikutelman. Visiomme on kuitenkin, että oikea tapa edetä on etsiä kvantti- ja kvanttiavaimen yhdistelmää. Jälkimmäinen on osoittanut meille, että kvanttifysiikka tarjoaa meille uusia työkaluja ja reseptejä salaisuuksien aidosti turvaamiseen. Jos nämä kaksi lähestymistapaa yhdistetään, hakkereilla on a paljon vaikeampi aika, koska heidän on kohdattava sekä monimutkaisia ​​laskennallisia ongelmia että kvanttiilmiöitä.

Kääntää "