Tiga belas53, dan 433. Itu saiznya komputer kuantum dari segi bit kuantum, atau qubit, yang telah berkembang dengan ketara pada tahun-tahun lepas disebabkan oleh pelaburan dan inisiatif awam dan swasta yang penting. Ia bukan sahaja persoalan kuantiti: kualiti qubit yang disediakan adalah sama pentingnya dengan bilangan mereka untuk komputer kuantum untuk mengalahkan komputer klasik kita yang sedia ada, iaitu, untuk mencapai apa yang dipanggil "kelebihan kuantum". Namun boleh dibayangkan bahawa tidak lama lagi peranti pengkomputeran kuantum yang memberikan kelebihan sedemikian akan tersedia. Bagaimanakah ini akan menjejaskan kehidupan seharian kita?

 

Membuat ramalan tidak pernah mudah, tetapi ia dipersetujui Kriptografi akan diubah dengan kemunculan komputer kuantum. Ia adalah kenyataan yang hampir remeh bahawa privasi adalah isu utama dalam masyarakat maklumat kita: setiap hari, sejumlah besar data sulit ditukar melalui Internet. Keselamatan urus niaga ini adalah penting dan kebanyakannya bergantung pada satu konsep: kerumitan atau, lebih tepat lagi, kerumitan pengiraan. Maklumat sulit kekal rahsia kerana mana-mana pendengar yang ingin membacanya perlu menyelesaikan masalah matematik yang sangat kompleks.

 

Masalah yang digunakan untuk kriptografi adalah sangat kompleks untuk algoritma dan komputer kami sekarang sehingga pertukaran maklumat kekal selamat untuk sebarang tujuan praktikal—menyelesaikan masalah dan kemudian menggodam  akan mengambil masa beberapa tahun yang tidak masuk akal. Contoh yang paling paradigmatik bagi pendekatan ini ialah Protokol RSA (untuk penciptanya Ron Rivest, Adi Shamir, dan Leonard Adleman), yang hari ini menjamin penghantaran maklumat kami.

 

Keselamatan protokol RSA adalah berdasarkan fakta bahawa kami belum mempunyai apa-apa  kepada memfaktorkan nombor yang besar—diberi nombor yang besar, matlamatnya adalah untuk mencari dua nombor yang hasil darabnya sama dengan nombor awal. Sebagai contoh, jika nombor awal ialah 6, penyelesaiannya ialah 2 dan 3, sebagai 6=2×3. Protokol kriptografi dibina sedemikian rupa sehingga musuh, untuk menyahsulit mesej, perlu memfaktorkan sangat bilangan besar (bukan 6!), yang pada masa ini mustahil untuk dilakukan.

 

Jika peranti pengkomputeran dibina yang membolehkan kaedah kriptografi semasa mudah dipecahkan, paradigma privasi semasa kami perlu difikirkan semula. Ini akan menjadi kes untuk komputer kuantum (pernah menjadi kuantum operasi  wujud, iaitu): mereka sepatutnya boleh memecahkan RSA kerana terdapat a algoritma kuantum untuk pemfaktoran yang cekap. Walaupun  mungkin memerlukan usia alam semesta untuk masalah seperti itu, ideal komputer kuantum sepatutnya boleh melakukannya dalam a beberapa jam atau mungkin juga beberapa minit.

 

Inilah sebabnya mengapa kriptografi sedang membangunkan penyelesaian untuk menggantikan RSA dan mencapai keselamatan kuantum-selamat, Iaitu,  yang selamat terhadap musuh yang mempunyai akses kepada komputer kuantum. Untuk berbuat demikian, terdapat dua pendekatan utama: kriptografi pasca-kuantum and pengagihan kunci kuantum.

 

Bagaimana untuk menyulitkan maklumat dalam dunia yang dilengkapi dengan komputer kuantum

Kriptografi pasca-kuantum mengekalkan paradigma keselamatan berdasarkan kerumitan. Seseorang harus mencari masalah matematik yang masih sukar untuk komputer kuantum dan menggunakannya untuk membina protokol kriptografi, ideanya sekali lagi ialah musuh boleh menggodamnya hanya selepas masa yang sangat besar. Penyelidik sedang bekerja keras untuk membangunkan algoritma untuk kriptografi pasca-kuantum. Institut Piawaian dan Teknologi Kebangsaan (NIST) memulakan proses untuk meminta dan menilai algoritma ini dan calon yang dipilih diumumkan pada Julai 2022.

 

Kriptografi pasca-kuantum memberikan kelebihan yang sangat kuat: ia berdasarkan perisian. Oleh itu, ia murah dan, yang lebih penting, penyepaduannya dengan infrastruktur sedia ada adalah mudah, kerana seseorang hanya perlu menggantikan protokol sebelumnya, kata RSA, dengan yang baharu.

 

Tetapi kriptografi pasca-kuantum juga mempunyai risiko yang jelas: keyakinan kami terhadap "kekerasan" algoritma yang dipilih terhadap komputer kuantum adalah terhad. Di sini adalah penting untuk diingat bahawa, secara tegasnya, tiada protokol kriptografi berdasarkan kerumitan terbukti selamat. Dalam erti kata lain, tidak ada bukti bahawa mereka tidak boleh diselesaikan dengan cekap pada komputer klasik atau kuantum.

 

Ini adalah kes pemfaktoran: seseorang tidak boleh menolak penemuan algoritma yang cekap untuk pemfaktoran yang membolehkan komputer klasik memecahkan RSA, komputer kuantum tidak diperlukan. Walaupun tidak mungkin, kemungkinan sedemikian tidak boleh dikecualikan. Dalam kes algoritma baharu, bukti kerumitannya adalah lebih terhad, kerana ia masih belum diuji secara intensif terhadap penyelidik pintar, apalagi komputer kuantum. Sesungguhnya, kuantum-selamat  yang dicadangkan dalam inisiatif NIST kemudiannya retak dalam satu jam pada PC standard.

 

Eksploitasi undang-undang fizik kuantum untuk menjamin komunikasi

Pendekatan kedua untuk keselamatan kuantum-selamat ialah pengagihan kunci kuantum. Di sini, keselamatan protokol tidak lagi berdasarkan pertimbangan kerumitan, tetapi pada undang-undang fizik kuantum. Oleh itu, kami bercakap tentang kuantum Sekuriti fizikal.

 

Tanpa memasukkan butiran, kunci rahsia diedarkan menggunakan qubit dan keselamatan protokol mengikuti dari Prinsip ketidakpastian Heisenberg, yang membayangkan bahawa sebarang campur tangan oleh penyadap dikesan kerana mengubah keadaan qubit ini. Kelebihan utama pengedaran kunci kuantum ialah ia berdasarkan fenomena kuantum yang telah disahkan dalam banyak makmal eksperimen.

 

Masalah utama dengan penggunaannya ialah ia memerlukan perkakasan (kuantum) baharu. Oleh itu, ia mahal dan integrasinya dengan infrastruktur sedia ada bukanlah mudah. Namun inisiatif penting sedang dijalankan untuk penggunaan pengedaran kunci kuantum pada skala Eropah.

 

Pendekatan mana yang perlu diambil? Soalan ini sering dibentangkan sebagai sama ada-atau pilihan dan walaupun dalam artikel ini, anda mungkin telah memberikan tanggapan ini juga. Walau bagaimanapun, visi kami ialah cara yang betul untuk pergi ialah mencari gabungan pengedaran kunci pasca-kuantum dan kuantum. Yang terakhir telah menunjukkan kepada kita bahawa fizik kuantum memberikan kita alat dan resipi baharu untuk benar-benar melindungi rahsia kita. Jika kedua-dua pendekatan itu digabungkan, penggodam akan mempunyai a banyak masa yang lebih sukar, kerana mereka perlu menghadapi kedua-dua masalah pengiraan yang kompleks dan fenomena kuantum.

Translate »