[ad_1]
Wyobraź sobie, że dotknięcie karty, za pomocą której kupiłeś dziś rano filiżankę kawy, pozwoliło również hakerowi z drugiego końca świata uzyskać dostęp do Twojego konta bankowego i kupić sobie, co tylko zechce. Teraz wyobraź sobie, że nie była to jednorazowa usterka, ale zdarzało się to cały czas: Wyobraźmy sobie, że zamki zabezpieczające nasze dane elektroniczne nagle przestały działać.
To nie jest scenariusz science fiction. Może stać się rzeczywistością, gdy w sieci pojawią się wystarczająco potężne komputery kwantowe. Urządzenia te wykorzystają dziwne właściwości świata kwantowego do rozwikłania tajemnic, których rozszyfrowanie zajęłoby zwykłym komputerom więcej niż całe życie.
Nie wiemy, kiedy to nastąpi. Jednak wiele osób i organizacji już teraz obawia się tzw.zbieraj teraz, odszyfruj później„, w których cyberprzestępcy lub inni przeciwnicy kradną zaszyfrowane dane teraz i przechowują je na dzień, w którym będą mogli je odszyfrować za pomocą komputera kwantowego.
W miarę zbliżania się komputerów kwantowych, kryptografowie próbują opracować nowe schematy matematyczne, aby zabezpieczyć dane przed ich hipotetycznymi atakami. Matematyka ta jest bardzo złożona, ale od niej może zależeć przetrwanie naszego cyfrowego świata.
Szyfrowanie „odporne na kwanty
Zadanie złamania większości obecnych zabezpieczeń online sprowadza się do matematycznego problemu znalezienia dwóch liczb, które po pomnożeniu dają trzecią liczbę. Można myśleć o tej trzeciej liczbie jako o kluczu, który odblokowuje tajne informacje. W miarę jak liczba ta staje się coraz większa, czas potrzebny zwykłemu komputerowi na rozwiązanie problemu staje się dłuższy niż nasze życie.
Przyszłe komputery kwantowe powinny jednak być w stanie złamać te kody znacznie szybciej. Trwa więc wyścig o znalezienie nowych algorytmów szyfrowania, które będą w stanie wytrzymać atak kwantowy.
Amerykański Narodowy Instytut Standardów i Technologii został wzywając do od lat proponują „odporne na kwanty” algorytmy szyfrowania, ale jak dotąd niewiele z nich wytrzymało kontrolę. (Jeden z proponowanych algorytmów, nazwany Supersingular Isogeny Key Encapsulation, był dramatycznie złamany w 2022 roku za pomocą australijskiego oprogramowania matematycznego o nazwie Magma, opracowanego na Uniwersytecie w Sydney).
Wyścig rozgorzał w tym roku. W lutym Apple zaktualizowany system bezpieczeństwa dla platformy iMessage w celu ochrony danych, które mogą być zbierane w przyszłości post-kwantowej.
Dwa tygodnie temu naukowcy z Chin ogłosili, że mają zainstalowany nową „tarczę szyfrującą” w celu ochrony Origin Wukong komputer kwantowy przed atakami kwantowymi.
Mniej więcej w tym samym czasie kryptograf Yilei Chen ogłosił że znalazł sposób, w jaki komputery kwantowe mogą atakować ważną klasę algorytmów opartych na matematyce kratowej, które były uważane za jedne z najtrudniejszych do złamania. Metody oparte na siatkach są częścią nowych zabezpieczeń Apple iMessage, a także dwóch z trzech liderów dla standardowego algorytmu szyfrowania post-kwantowego.
Co to jest algorytm kratowy?
Siatka to układ punktów w powtarzającej się strukturze, takiej jak narożniki płytek w łazience lub atomy w krysztale diamentu. Płytki są dwuwymiarowe, a atomy w diamencie są trójwymiarowe, ale matematycznie możemy tworzyć siatki o znacznie większej liczbie wymiarów.
Większość kryptografii opartej na siatkach opiera się na pozornie prostym pytaniu: Jeśli ukryjesz tajny punkt w takiej siatce, ile czasu zajmie komuś innemu znalezienie tajnej lokalizacji, zaczynając od innego punktu? Ta gra w chowanego może być podstawą wielu sposobów na zwiększenie bezpieczeństwa danych.
Wariant problemu sieciowego zwany „uczeniem się z błędami” jest uważany za zbyt trudny do złamania nawet na komputerze kwantowym. Uważa się, że wraz ze wzrostem rozmiaru siatki, czas potrzebny na jej rozwiązanie rośnie wykładniczo, nawet w przypadku komputera kwantowego.
Problem siatki – podobnie jak problem znalezienia czynników dużej liczby, od którego zależy tak wiele obecnego szyfrowania – jest ściśle związany z głęboko otwartym problemem matematycznym zwanym „problem ukrytej podgrupy.”
Podejście Yilei Chena sugerowało, że komputery kwantowe mogą być w stanie szybciej rozwiązywać problemy oparte na sieciach kratowych w określonych warunkach. Eksperci rzucili się do sprawdzania jego wyników – i to szybko znaleźli błąd. Po odkryciu błędu Chen opublikował zaktualizowaną wersję swojego artykułu opisującego usterkę.
Pomimo tego odkrycia, artykuł Chena sprawił, że wielu kryptografów straciło pewność co do bezpieczeństwa metod opartych na sieciach kratowych. Niektórzy z nich to nadal oceniają czy pomysły Chena można rozszerzyć na nowe ścieżki ataku na te metody.
Potrzeba więcej matematyki
Artykuł Chena wywołał burzę w małej społeczności kryptografów, którzy są w stanie go zrozumieć. Jednak nie zwrócił on prawie żadnej uwagi w szerszym świecie – być może dlatego, że tak niewielu ludzi rozumie tego rodzaju pracę lub jej implikacje.
W zeszłym roku, kiedy australijski rząd opublikował krajową strategię kwantową aby uczynić kraj „liderem globalnego przemysłu kwantowego”, w którym „technologie kwantowe są integralną częścią dobrze prosperującej, sprawiedliwej i integracyjnej Australii”, nastąpiło ważne pominięcie: W strategii nie wspomniano w ogóle o matematyce.
Australia ma wielu wiodących ekspertów w dziedzinie obliczeń kwantowych i informatyki kwantowej. Jednak maksymalne wykorzystanie komputerów kwantowych – i obrona przed nimi – będzie wymagało głębokiego szkolenia matematycznego w celu uzyskania nowej wiedzy i badań.
Ten artykuł został ponownie opublikowany z The Conversation na licencji Creative Commons. Przeczytaj oryginalny artykuł.
[ad_2]