L-ammont ta 'għodod tas-sigurtà tal-kompjuter - l-aħħar għażla jew dwiefer fit-tebut? Meta jkollna miljuni ta’ qubits

Min-naħa l-waħda, quantum computing jidher li huwa metodu ta 'kodifikazzjoni "perfett" u "indistruttibbli" li se jipprevjeni lil xi ħadd milli hacking fil-kompjuters u data. Min-naħa l-oħra, kien hemm ukoll il-biża 'li l-"ġuvini ħżiena" aċċidentalment ma jużawx teknoloġija quantum...

Ftit xhur ilu, fl-Ittri dwar il-Fiżika Applikata, xjenzati miċ-Ċina ppreżentaw l-aktar veloċi ġeneratur tan-numru każwali quantum (ġeneratur tan-numru każwali quantum, QRNG) li jopera f'ħin reali. Għaliex huwa importanti? Minħabba li l-abbiltà li tiġġenera numri (reali) każwali hija ċ-ċavetta għall-encryption.

Ħafna Sistemi QRNG illum juża komponenti fotoniċi u elettroniċi diskreti, iżda l-integrazzjoni ta 'komponenti bħal dawn f'ċirkwit integrat tibqa' sfida teknika kbira. Is-sistema żviluppata mill-grupp tuża fotodiodes ta 'l-indju-ġermanju u amplifikatur ta' transimpedenza integrat ma 'sistema fotonika tas-silikon (1) inkluża sistema ta' couplers u attenwaturi.

Il-kombinazzjoni ta 'dawn il-komponenti tippermetti QR Ingliż mal-iskoperta ta 'sinjali minn sorsi ta' entropija kwantika b'rispons tal-frekwenza mtejjeb b'mod sinifikanti. Ladarba s-sinjali każwali jiġu skoperti, huma pproċessati minn matriċi ta 'gate programmabbli li estratti numri verament każwali mid-dejta mhux ipproċessata. L-apparat li jirriżulta jista 'jiġġenera numri ta' kważi 19-il gigabit kull sekonda, rekord dinji ġdid. In-numri każwali jistgħu mbagħad jintbagħtu lil kwalunkwe kompjuter fuq kejbil tal-fibra ottika.

Ġenerazzjoni ta 'numri każwali quantum tinsab fil-qalba tal-kriptografija. Ġeneraturi konvenzjonali ta 'numri każwali tipikament jiddependu fuq algoritmi magħrufa bħala ġeneraturi ta' numri psewdo-random, li, kif jissuġġerixxi l-isem, mhumiex verament każwali u għalhekk potenzjalment vulnerabbli. Fuq ġeneraturi ottiċi tan-numri quantum kumpaniji verament każwali bħal Quantum Dice u IDQuantique joperaw fost oħrajn. Il-prodotti tagħhom diġà qed jintużaw kummerċjalment.

li jirregola kif l-oġġetti fiżiċi jaħdmu fuq l-iżgħar skali. L-ekwivalenti quantum ta' bit 1 jew bit 0 huwa qubit. (2), li tista 'wkoll tkun 0 jew 1 jew tkun f'hekk imsejħa superpożizzjoni - kwalunkwe kombinazzjoni ta' 0 u 1. It-twettiq ta 'kalkolu fuq iż-żewġ bits klassiċi (li jistgħu jkunu 00, 01, 10, u 11) jeħtieġ erba' passi.

jista 'jwettaq kalkoli fl-erba' stati kollha fl-istess ħin. Dan jiżdied b'mod esponenzjali - elf qubit ikun f'ċerti modi aktar b'saħħtu mill-aktar superkompjuter b'saħħtu fid-dinja. Kunċett quantum ieħor li huwa kruċjali għall-komputazzjoni quantum huwa konfużjoniminħabba li l-qubits jistgħu jiġu korrelatati b'tali mod li huma deskritti minn stat quantum wieħed. Il-kejl ta 'wieħed minnhom immedjatament juri l-istat ta' l-ieħor.

It-tħabbil huwa importanti fil-kriptografija u l-komunikazzjoni kwantistika. Madankollu, il-potenzjal tal-komputazzjoni quantum ma jinsabx fit-tħaffif tal-kompjuters. Anzi, jipprovdi vantaġġ esponenzjali f’ċerti klassijiet ta’ problemi, bħall-kalkolu ta’ numri kbar ħafna, li se jkollu implikazzjonijiet serji għal sigurtà ċibernetika.

L-aktar kompitu urġenti komputazzjoni kwantistika huwa li toħloq biżżejjed qubits tolleranti għall-iżbalji biex nisfruttaw il-potenzjal tal-komputazzjoni kwantistika. L-interazzjoni bejn il-qubit u l-ambjent tiegħu tiddegrada l-kwalità tal-informazzjoni f'mikrosekondi. L-iżolament tal-qubits mill-ambjent tagħhom, pereżempju billi tkessaħhom għal temperaturi qrib iż-żero assolut, huwa diffiċli u għali. L-istorbju jiżdied hekk kif in-numru ta 'qubits jiżdied, u jeħtieġ tekniki sofistikati ta' korrezzjoni ta 'żbalji.

bħalissa huma pprogrammati minn xtiebi tal-loġika kwantistika waħda, li jistgħu jkunu aċċettabbli għal kompjuters quantum prototipi żgħar, iżda mhux prattiċi meta niġu għal eluf ta 'qubits. Riċentement, xi kumpaniji bħal IBM u Classiq ilhom jiżviluppaw saffi aktar astratti fil-munzell ta 'programmazzjoni, li jippermettu lill-iżviluppaturi jibnu applikazzjonijiet quantum qawwija biex isolvu problemi fid-dinja reali.

Il-professjonisti jemmnu li l-atturi b'intenzjonijiet ħżiena jistgħu jieħdu vantaġġ minnhom benefiċċji tal-komputazzjoni kwantistika toħloq approċċ ġdid għall-ksur sigurtà ċibernetika. Jistgħu jwettqu azzjonijiet li jkunu jiswew wisq komputazzjoni fuq kompjuters klassiċi. B’kompjuter quantum, hacker jista’ teoretikament janalizza malajr settijiet ta’ dejta u jniedi attakki sofistikati kontra numru kbir ta’ netwerks u apparati.

Għalkemm fil-mument jidher improbabbli li fil-pass attwali tal-progress teknoloġiku, l-emerġenza ta 'komputazzjoni quantum għal skopijiet ġenerali dalwaqt se tkun disponibbli fil-cloud bħala infrastruttura bħala pjattaforma ta' servizz, li tagħmilha disponibbli għal firxa wiesgħa ta 'utenti.

Lura fl-2019, Microsoft ħabbret li se tkun qed toffri quantum computing fil-cloud Azure tiegħek, għalkemm dan se jillimita l-użu tagħhom biex jagħżlu klijenti. Bħala parti minn dan il-prodott, il-kumpanija tipprovdi soluzzjonijiet quantum bħal Solvers i algoritmi, Softwer quantum, bħal simulaturi u għodod għall-istima tar-riżorsi, kif ukoll ħardwer quantum b'diversi arkitetturi qubit li jistgħu potenzjalment jiġu sfruttati minn hackers. Fornituri oħra ta' servizzi quantum cloud computing huma IBM u Amazon Web Services (AWS).

Il-ġlieda ta 'algoritmi

Ċifri diġitali klassiċi tistrieħ fuq formuli matematiċi kumplessi biex tikkonverti d-data f'messaġġi kriptati għall-ħażna u t-trażmissjoni. Jintuża biex jikkripta u jiddeċifra d-data. ċavetta diġitali.

Għalhekk, l-attakkant jipprova jkisser il-metodu ta 'encryption sabiex jisraq jew ibiddel l-informazzjoni protetta. Il-mod ovvju biex tagħmel dan huwa li tipprova ċ-ċwievet kollha possibbli biex tiddetermina waħda li tiddikripta d-data lura f'forma li tinqara mill-bniedem. Il-proċess jista 'jitwettaq bl-użu ta' kompjuter konvenzjonali, iżda jeħtieġ ħafna sforz u ħin.

Bħalissa jeżistu żewġ tipi ewlenin ta 'kriptaġġ: simetrikul-istess ċavetta tintuża biex tikkodifika u tiddikripta d-data; kif ukoll assimetriku, jiġifieri, b'ċavetta pubblika li tinkludi par ċwievet relatati matematikament, li waħda minnhom hija pubblikament disponibbli biex tippermetti lin-nies jikkriptaw messaġġ għas-sid tal-par taċ-ċwievet, u l-oħra tinżamm privatament mis-sid biex jiddeċifra l- messaġġ.

W encryption simetriku l-istess ċavetta tintuża biex tikkodifika u tiddikripta biċċa data partikolari. Eżempju ta' algoritmu simetriku: Standard ta' Encryption Avvanzat (AES) Algoritmu AES, adottat mill-gvern Amerikan, jappoġġja tliet daqsijiet ewlenin: 128-bit, 192-bit, u 256-bit. L-algoritmi simetriċi huma komunement użati għal kompiti ta 'encryption bl-ingrossa bħall-encrypting ta' databases kbar, sistemi ta 'fajls u memorja ta' oġġetti.

W encryption asimmetriku id-data hija encrypted b'ċavetta waħda (komunement imsejħa ċ-ċavetta pubblika) u decrypted b'ċavetta oħra (komunement imsejħa ċ-ċavetta privata). Użati komunement Algoritmu ta' Rivest, Shamira, Adlemana (RSA) huwa eżempju ta 'algoritmu asimmetriku. Għalkemm huma aktar bil-mod mill-encryption simetriku, algoritmi asimmetriċi jsolvu l-problema tad-distribuzzjoni taċ-ċavetta, li hija problema importanti fl-encryption.

Kriptografija taċ-ċavetta pubblika huwa użat għall-iskambju sigur ta 'ċwievet simmetriċi u għall-awtentikazzjoni diġitali jew iffirmar ta' messaġġi, dokumenti, u ċertifikati li jassoċjaw ċwievet pubbliċi mal-identità tad-detenturi tagħhom. Meta nżuru websajt sigura li tuża protokolli HTTPS, il-brawżer tagħna juża kriptografija taċ-ċavetta pubblika biex jawtentika ċ-ċertifikat tal-websajt u jistabbilixxi ċavetta simmetrika biex tikkodifika komunikazzjonijiet lejn u mill-websajt.

Għax prattikament l-applikazzjonijiet kollha tal-internet huma jużaw it-tnejn kriptografija simmetrikaи kriptografija taċ-ċavetta pubblikaiż-żewġ forom għandhom ikunu sikuri. L-eħfef mod biex tkisser il-kodiċi huwa li tipprova ċ-ċwievet kollha possibbli sakemm ikollok waħda li taħdem. Kompjuters ordinarji jistgħu jagħmlu dan, iżda huwa diffiċli ħafna.

Pereżempju, f'Lulju 2002, il-grupp ħabbar li kien skopra ċavetta simmetrika ta '64 bit, iżda kien jeħtieġ sforz ta' 300 persuna. nies għal aktar minn erba’ snin u nofs xogħol. Ċavetta twila darbtejn, jew 128 bit, se jkollha aktar minn 300 sextiljun soluzzjonijiet, li n-numru tagħhom huwa espress bħala 3 u żerijiet. Anke l-aktar superkompjuter veloċi fid-dinja Se tieħu triljuni ta 'snin biex issib iċ-ċavetta t-tajba. Madankollu, teknika quantum computing imsejħa l-algoritmu ta 'Grover tħaffef il-proċess billi ddawwar ċavetta 128-bit fl-ekwivalenti ta' kompjuter quantum ta 'ċavetta 64-bit. Iżda l-protezzjoni hija sempliċi - iċ-ċwievet jeħtieġ li jittawlu. Pereżempju, ċavetta 256-bit għandha l-istess protezzjoni kontra attakk quantum bħal ċavetta 128-bit kontra attakk konvenzjonali.

Kriptografija taċ-ċavetta pubblika madankollu, din hija problema ferm akbar minħabba l-mod kif taħdem il-matematika. Popolari f'dawn il-jiem algoritmi ta' kriptaġġ taċ-ċavetta pubblikahuwa msejjaħ RSA, Diffiego-Hellman i kriptografija tal-kurva ellittika, jippermettulek tibda biċ-ċavetta pubblika u tikkalkula ċ-ċavetta privata b'mod matematiku mingħajr ma tgħaddi mill-possibbiltajiet kollha.

jistgħu jiksru soluzzjonijiet ta' kriptaġġ li s-sigurtà tagħhom hija bbażata fuq fatturizzazzjoni ta' numri interi jew logaritmi diskreti. Per eżempju, bl-użu tal-metodu RSA użat ħafna fil-kummerċ elettroniku, ċavetta privata tista 'tiġi kkalkulata billi jiġi ffatturat numru li huwa l-prodott ta' żewġ numri ewlenin, bħal 3 u 5 għal 15. Sa issa, l-encryption taċ-ċavetta pubblika ma kinitx tinkiser . Riċerka Peter Shore fl-Istitut tat-Teknoloġija ta 'Massachusetts aktar minn 20 sena ilu wera li tkissir ta' encryption asimmetriku huwa possibbli.

jista 'jixxaqqaq sa pari ta' ċwievet ta '4096-bit fi ftit sigħat biss billi juża teknika msejħa algoritmu ta' Shor. Madankollu, dan huwa l-ideal kompjuters quantum tal-futur. Bħalissa, l-akbar numru ikkalkulat fuq kompjuter quantum huwa 15 - total ta '4 bits.

Għalkemm algoritmi simetriċi L-algoritmu ta 'Shor mhuwiex fil-periklu, il-qawwa tal-komputazzjoni quantum iġiegħel li d-daqsijiet ewlenin jiġu mmultiplikati. Pereżempju kompjuters quantum kbar li jaħdmu fuq l-algoritmu ta' Grover, li juża tekniki quantum biex jistaqsi fid-databases malajr ħafna, jista 'jipprovdi titjib tal-prestazzjoni erba' darbiet f'attakki ta 'forza bruta kontra algoritmi ta' encryption simmetriċi bħal AES. Biex tipproteġi kontra attakki ta 'forza bruta, iddoppja d-daqs taċ-ċavetta biex tipprovdi l-istess livell ta' protezzjoni. Għall-algoritmu AES, dan ifisser li tuża ċwievet ta '256 bit biex iżżomm is-saħħa tas-sigurtà ta' 128 bit tal-lum.

Tal-lum Encryption RSA, forma ta' kriptaġġ użata ħafna, speċjalment meta tittrażmetti data sensittiva fuq l-Internet, hija bbażata fuq numri ta' 2048 bit. L-esperti jistmaw li kompjuter quantum ikun jieħu daqs 70 miljun qubits biex jiksru dan l-encryption. Peress li bħalissa l-akbar kompjuters quantum mhumiex aktar minn mitt qubit (għalkemm IBM u Google għandhom pjanijiet biex jilħqu l-miljun sal-2030), jista’ jgħaddi ħafna żmien qabel ma tidher theddida reali, iżda peress li r-ritmu tar-riċerka f’dan il-qasam qed ikompli jaċċellera, ma jistax jiġi eskluż li tali kompjuter se jinbnew fit-3-5 snin li ġejjin.

Per eżempju, Google u l-Istitut KTH fl-Isvezja allegatament reċentement sabu "mod aħjar" biex Kompjuters Quantum jistgħu jwettqu kalkoli bi ksur tal-kodiċi, tnaqqas l-ammont ta 'riżorsi li jeħtieġu b'ordnijiet ta' kobor. Id-dokument tagħhom, ippubblikat fil-MIT Technology Review, isostni li kompjuter b’20 miljun qubit jista’ jkisser numru ta’ 2048 bit fi 8 sigħat biss.

Kriptografija post-quantum

F'dawn l-aħħar snin, ix-xjentisti ħadmu ħafna biex joħolqu encryption "quantum-safe".. Xjentist Amerikan jirrapporta li l-Istitut Nazzjonali tal-Istandards u t-Teknoloġija tal-Istati Uniti (NIST) diġà qed janalizza 69 teknika ġdida potenzjali msejħa "kriptografija post-quantum (PQC)". Madankollu, l-istess ittra tiddikjara li l-kwistjoni tal-qsim tal-kriptografija moderna minn kompjuters quantum għadha ipotetika għalissa.

3. Inbena wieħed mill-mudelli kriptografiċi bbażati fuq il-malji.

Fi kwalunkwe każ, skont rapport tal-2018 mill-Akkademja Nazzjonali tax-Xjenzi, l-Inġinerija u l-Mediċina, "għandha tiġi żviluppata u implimentata kriptografija ġdida issa, anke jekk kompjuter quantum li kapaċi jikser il-kriptografija tal-lum ma jinbenax f'għaxar snin." . Il-kompjuters quantum tal-futur li jkissru l-kodiċi jista’ jkollhom mitt elf darba aktar qawwa ta’ pproċessar u rata ta’ żball imnaqqsa, li tagħmilhom kapaċi tiġġieled il-prattiki moderni taċ-ċibersigurtà.

Mis-soluzzjonijiet imsejħa "kriptografija post-quantum" huma magħrufa, b'mod partikolari, il-Kumpanija PQShield. Il-professjonisti tas-sigurtà jistgħu jissostitwixxu algoritmi kriptografiċi konvenzjonali b'algoritmi tan-netwerk. (kriptografija bbażata fuq il-kannizzata) li nħolqu b'moħħ is-sigurtà. Dawn il-metodi ġodda jaħbu d-dejta ġewwa problemi matematiċi kumplessi msejħa lattices (3). Strutturi alġebrin bħal dawn huma diffiċli biex isolvu, u jippermettu lill-kriptografi jiżguraw l-informazzjoni anke quddiem kompjuters quantum qawwija.

Skont riċerkatur tal-IBM, Cecilia Boschini, Il-kriptografija bbażata fuq in-netwerk tal-malji se tipprevjeni attakki quantum ibbażati fuq il-kompjuter fil-futur, kif ukoll tipprovdi l-bażi għal encryption kompletament omomorfiku (FHE), li tippermetti lill-utenti jwettqu kalkoli fuq fajls mingħajr ma jaraw id-data jew jesponuha għal hackers.

Metodu ieħor promettenti huwa distribuzzjoni taċ-ċavetta quantum (Effiċjenza). Distribuzzjoni kwantika taċ-ċwievet QKD (4) juża fenomeni tal-mekkanika kwantistika (bħal taħbil) biex jipprovdi skambju kompletament sigriet ta 'ċwievet ta' encryption u jista 'saħansitra jwissi dwar il-preżenza ta' "eavesdropper" bejn żewġ endpoints.

Inizjalment, dan il-metodu kien possibbli biss fuq fibra ottika, iżda issa Quantum Xchange żviluppat mod kif tibgħatha wkoll fuq l-Internet. Per eżempju, l-esperimenti Ċiniżi ta 'KKK permezz ta' satellita f'distanza ta 'diversi eluf ta' kilometri huma magħrufa. Minbarra ċ-Ċina, il-pijunieri f'dan il-qasam huma KETS Quantum Security u Toshiba.

4. Wieħed mill-mudelli ta 'distribuzzjoni taċ-ċavetta quantum, QKD