Κβαντικοί υπολογιστές: Τι είναι η Q-Day και πόσο κοντά της είμαστε

Ο Αμερικανός μαθηματικός Πίτερ Σορ έδειξε πριν από 30 χρόνια, σε θεωρητικό επίπεδο, ότι οι κβαντικοί υπολογιστές με επαρκή αριθμό σταθερών μπορούσαν να λύσουν μαθηματικά προβλήματα παραδοσιακής κρυπτογράφησης. Τέτοιες μηχανές δεν υπάρχουν ακόμη, αλλά αυτή η κρίσιμη στιγμή, γνωστή ως Q-day, θα μπορούσε κάποτε να επιτευχθεί.

Οι κβαντικοί υπολογιστές έχουν επαναστατικές δυνατότητες. Ενώ οι τυπικές μηχανές χρησιμοποιούν δυαδικά bit που υπάρχουν σε μία από τις καταστάσεις 0 ή σε 1, τα «qubits» των κβαντικών ομολόγων τους μπορούν να βρίσκονται και στις δύο καταστάσεις ταυτόχρονα. Αυτό σημαίνει ότι μπορούν να κάνουν ορισμένες εργασίες, όπως η αναζήτηση τρόπων για να ξεκλειδώσουν μακροχρόνιες μεθόδους προστασίας δεδομένων, εκθετικά πιο γρήγορα.

Τεχνολογία: Η Q-day πλησιάζει – Τι είναι οι κβαντικοί υπολογιστές, οι κίνδυνοι και τα πλεονεκτήματα

Καθώς η διάδοση  κβαντικών υπολογιστών επόμενης γενιάς εντείνεται, εντείνονται και οι προσπάθειες προστασίας των ψηφιακών δεδομένων από επιθέσεις. Οι προσπάθειες αυτές πρόκειται να περάσουν ένα κρίσιμο ορόσημο, καθώς οι αρχές των ΗΠΑ αποκαλύπτουν μια σειρά εργαλείων προστασίας.

Το NIST  στην πρωτοπορία

Το Εθνικό Ινστιτούτο Προτύπων και Τεχνολογίας – NIST είναι έτοιμο να δημοσιεύσει τρεις εγκεκριμένους αλγόριθμους ασφαλείας που μπορούν να χρησιμοποιήσουν οι κυβερνήσεις και οι εταιρείες για την προστασία των πληροφοριών από την αναδυόμενη απειλή της κβαντικής πειρατείας.

Η δράση του NIST αποτελεί μέρος μιας αθροιστικής επανάστασης στην κρυπτογράφηση ως απάντηση στους φόβους ότι οι κβαντικοί υπολογιστές θα μπορέσουν μια μέρα να σπάσουν κώδικες που προστατεύουν ευαίσθητα δεδομένα που για δεκαετίες αποδείχτηκαν απροσπέλαστα από λιγότερο ισχυρές παραδοσιακές μηχανές. Τα κρυπτογραφημένα δεδομένα είναι απαραίτητα για τη λειτουργία των σύγχρονων κοινωνιών στην ψηφιακή εποχή, και η διατήρηση της ασφάλειας τους είναι απαραίτητη.

Ενώ κλάδοι όπως τα χρηματοοικονομικά και οι τηλεπικοινωνίες σχεδιάζουν έντονα τη μετάβαση, άλλοι δυνητικά ευάλωτοι κλάδοι έχουν κάνει ελάχιστες ή καθόλου προετοιμασίες.

«Θα είναι τεράστιο και ακριβό», είπε στους Financial Times ο Ντάστιν Μούντι, επικεφαλής της διαδικασίας τυποποίησης μετα-κβαντικής κρυπτογραφίας του NIST, σχετικά με την επικείμενη αλλαγή ασφάλειας.

Το NIST, μέρος του αμερικανικού υπουργείου εμπορίου, περιμένει την υπογραφή της τριάδας προτύπων, τα οποία δημοσίευσε για σχολιασμό πέρυσι. Οι αλγόριθμοι αποτελούν μέρος των ευρύτερων προετοιμασιών του NIST για την εποχή της μετακβαντικής κρυπτογράφησης.

Οι ομοσπονδιακές υπηρεσίες των ΗΠΑ θα κληθούν να χρησιμοποιήσουν τους νέους αλγόριθμους. Αν και δεν υπάρχει καμία υποχρέωση για τις ιδιωτικές εταιρείες να κάνουν το ίδιο, πολλοί ακολούθησαν στο παρελθόν τα υποδείγματα του NIST στην κρυπτογράφηση.

Η άφιξη των κβαντικών υπολογιστών

Οι κβαντικοί υπολογιστές απέχουν ακόμη πολύ από την εμπορική εισαγωγή επειδή τα qubits τους διατηρούν τις κβαντικές τους καταστάσεις μόνο για πολύ μικρές περιόδους, εισάγοντας σφάλματα ή «θόρυβο» στους υπολογισμούς.

Η δουλειά του NIST βρίσκεται στην πρώτη γραμμή των προετοιμασιών για την Q-day. Έλαβε υποβολές από ερευνητές σε περισσότερες από 30 χώρες σε έξι ηπείρους, αντανακλώντας το κοινό ενδιαφέρον για την καταπολέμηση της κυβερνοτρομοκρατίας και του εκβιασμού. Επιστήμονες από την Κίνα συμμετείχαν στη διαδικασία NIST, αν και το Πεκίνο πιστεύεται επίσης ότι εργάζεται πάνω στους δικούς του κανόνες κρυπτογράφησης.

Ορισμένες επιχειρήσεις έχουν ήδη αρχίσει να μετακινούνται, ενώ άλλες μπορεί να είναι πιο πιθανό να σκεφτούν μια μετατόπιση μετά τον αντίκτυπο της παγκόσμιας διακοπής λειτουργίας πληροφοριακών συστημάτων τον περασμένο μήνα. Τον Φεβρουάριο, η Apple δήλωσε ότι είχε εξασφαλίσει το σύστημα iMessage της με ένα «πρωτοποριακό μετα-κβαντικό κρυπτογραφικό πρωτόκολλο».

Αντίθετα, άλλες βιομηχανίες, όπως οι επιχειρήσεις logistics της εφοδιαστικής αλυσίδας είναι μεταξύ εκείνων που πρέπει να επικεντρωθούν περισσότερο στην αλλαγή.

Μια δυσκολία στην ενθάρρυνση της στροφής σε νέες κρυπτογραφικές μεθόδους είναι ότι δεν υπάρχει συγκεκριμένη προθεσμία που να συνδέεται με την απειλή των κβαντικών υπολογιστών.

Η απειλή είναι ήδη εδώ

Ωστόσο, οι ειδικοί λένε ότι η απειλή είναι ήδη εδώ. Οι χάκερ μπορούν να συλλέξουν στοιχεία τώρα και στη συνέχεια να τα αποθηκεύσουν μέχρι να αναπτυχθεί η τεχνολογία κβαντικών υπολογιστών που μπορεί να τα σπάσει.

Η δημοσίευση των προτύπων NIST θα τροφοδοτήσει περαιτέρω τη συζήτηση σχετικά με τους καλύτερους τύπους κρυπτογραφίας επόμενης γενιάς.

Μια ιδέα, γνωστή ως διανομή κβαντικών κλειδιών, εκμεταλλεύεται ένα φαινόμενο γνωστό ως κβαντική εμπλοκή, δηλαδή την δυνατότητα να συσχετιστούν τα χαρακτηριστικά δύο υποατομικών σωματιδίων, ακόμη και αν τα χωρίζει μια τεράστια απόσταση. Μετρώντας δεδομένα από ένα σωματίδιο, παρέχονται πληροφορίες για το άλλο, επιτρέποντας στο ζεύγος να χρησιμεύσει ως κλειδιά για την ανταλλαγή κωδικοποιημένων μηνυμάτων.

Ένα μεγάλο πλεονέκτημα της τεχνικής είναι ότι εάν κάποιος επιχειρήσει να υποκλέψει τέτοιες επικοινωνίες, η διακοπή του συστήματος θα προειδοποιήσει τα δύο μέρη ότι υποκλέπτονται.

Από την άλλη πλευρά, η τεχνολογία έχει ένα σημαντικό πιθανό μειονέκτημα ασφάλειας. Ενώ το κβαντικό στοιχείο της επικοινωνίας είναι ασφαλές, ο εξοπλισμός που χρησιμοποιείται για τη μετάδοση και την αναμετάδοση δεν είναι.

Η κρυπτογράφηση επόμενης γενιάς θα περιλαμβάνει πιθανώς ένα μείγμα κλασικών και κβαντικών τεχνικών. Η οριστικοποίηση των αλγορίθμων του NIST θα είναι μια καθοριστική στιγμή στις παγκόσμιες προετοιμασίες για τη νέα εποχή της κρυπτογραφίας.