Τι είναι η μετα-κβαντική κρυπτογραφία και γιατί είναι σημαντική;

Οι περισσότεροι άνθρωποι συχνά σκέφτονται μυστικές οργανώσεις ή βαθιές εγκαταστάσεις υπόγειες όταν μιλάμε για κρυπτογραφία. Στην ουσία, η κρυπτογραφία είναι απλώς ένα μέσο προστασίας και κρυπτογράφησης πληροφοριών.

Για παράδειγμα, αν κοιτάξετε στα αριστερά της διεύθυνσης URL αυτού του ιστότοπου (στη γραμμή διευθύνσεων), θα δείτε ένα μικρό σύμβολο του λουκέτου. Το λουκέτο υποδεικνύει ότι ο ιστότοπος χρησιμοποιεί το πρωτόκολλο HTTPS για την κρυπτογράφηση πληροφοριών που αποστέλλονται προς και από τον ιστότοπο, προστατεύοντας ευαίσθητες πληροφορίες, όπως προσωπικά στοιχεία και πληροφορίες πιστωτικής κάρτας.

Η κβαντική κρυπτογραφία, ωστόσο, είναι σημαντικά πιο προηγμένη και θα αλλάξει για πάντα την ασφάλεια στο διαδίκτυο.

Τι είναι η μετα-κβαντική κρυπτογραφία;

Για να κατανοήσουμε καλύτερα την μετακβαντική κρυπτογραφία, είναι σημαντικό να γνωρίζουμε πρώτα τι είναι οι κβαντικοί υπολογιστές. Οι κβαντικοί υπολογιστές είναι εξαιρετικά ισχυρές μηχανές που χρησιμοποιούν την κβαντική φυσική για να αποθηκεύουν πληροφορίες και να εκτελούν υπολογισμούς με απίστευτα γρήγορες ταχύτητες.

Ο συμβατικός υπολογιστής αποθηκεύει πληροφορίες σε δυαδικό, το οποίο είναι απλώς ένα σωρό 0 και 1. Στον κβαντικό υπολογισμό, οι πληροφορίες αποθηκεύονται σε "qubits". Αυτά αξιοποιούν τις ιδιότητες της κβαντικής φυσικής, όπως η κίνηση ενός ηλεκτρονίου ή ίσως ο τρόπος με τον οποίο προσανατολίζεται μια φωτογραφία.

Τακτοποιώντας αυτά σε διαφορετικές διευθετήσεις, οι κβαντικοί υπολογιστές μπορούν να αποθηκεύουν και να έχουν πρόσβαση σε πληροφορίες εξαιρετικά γρήγορα. Στην ουσία, μια διάταξη qubits θα μπορούσε να αποθηκεύσει περισσότερους αριθμούς από τα άτομα στο σύμπαν μας.

Έτσι, εάν χρησιμοποιείτε έναν κβαντικό υπολογιστή για να σπάσετε έναν κρυπτογράφηση από έναν δυαδικό υπολογιστή, δεν θα χρειαστεί πολύς χρόνος για να σπάσει. Ενώ οι κβαντικοί υπολογιστές είναι απίστευτα ισχυροί, οι δυαδικοί τους αντίστοιχοι εξακολουθούν να έχουν ένα πλεονέκτημα σε ορισμένες περιπτώσεις.

Θερμικά ή ηλεκτρομαγνητικά πεδία μπορεί να επηρεάσουν τις κβαντικές ιδιότητες του υπολογιστή, για αρχή. Έτσι, η χρήση τους είναι γενικά περιορισμένη και πρέπει να ελέγχεται πολύ προσεκτικά. Είναι εύκολο να το πεις αυτό Οι κβαντικοί υπολογιστές αλλάζουν τον κόσμο.

Τώρα, ενώ οι κβαντικοί υπολογιστές αποτελούν σημαντική απειλή για την κρυπτογράφηση, εξακολουθούν να υπάρχουν κατάλληλες άμυνες. Η μετακβαντική κρυπτογραφία αναφέρεται στην ανάπτυξη νέων κρυπτογράφησης ή κρυπτογραφικών τεχνικών που προστατεύουν από κρυπταναλυτικές επιθέσεις από κβαντικούς υπολογιστές.

Αυτό επιτρέπει στους δυαδικούς υπολογιστές να προστατεύουν τα δεδομένα τους, καθιστώντας τα αδιαπέραστα σε επιθέσεις από κβαντικούς υπολογιστές. Η μετακβαντική κρυπτογραφία γίνεται ολοένα και πιο σημαντική καθώς προχωράμε προς ένα πιο ασφαλές, πιο ισχυρό ψηφιακό μέλλον.

Οι κβαντικές μηχανές έχουν ήδη σπάσει πολλές τεχνικές ασύμμετρης κρυπτογράφησης, βασιζόμενες κυρίως στον αλγόριθμο του Shor.

Η σημασία της μετα-κβαντικής κρυπτογραφίας

Το 2016, ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Ίνσμπρουκ και το MIT προσδιόρισαν ότι οι κβαντικοί υπολογιστές θα μπορούσαν εύκολα να διαπεράσουν κάθε κρυπτογράφηση που αναπτύχθηκε από συμβατικούς υπολογιστές. Είναι πιο ισχυροί από υπερυπολογιστές, φυσικά.

Μέσα στην ίδια χρονιά, το Εθνικό Ινστιτούτο Προτύπων και Τεχνολογίας (NIST) άρχισε να δέχεται υποβολές για νέους κρυπτογράφησης που θα μπορούσαν να αντικαταστήσουν τη δημόσια κρυπτογράφηση. Ως αποτέλεσμα, αναπτύχθηκαν αρκετές άμυνες.

Για παράδειγμα, ένας απλός τρόπος είναι να διπλασιαστεί το μέγεθος των ψηφιακών κλειδιών, έτσι ώστε ο αριθμός των απαιτούμενων μεταθέσεων να αυξάνεται σημαντικά, ειδικά σε περίπτωση επίθεσης ωμής βίας.

Απλώς διπλασιάζοντας το μέγεθος του κλειδιού από 128 σε 256 bit θα τετραγωνίσει τον αριθμό των μεταθέσεων για έναν κβαντικό υπολογιστή που χρησιμοποιεί τον αλγόριθμο του Grover, ο οποίος είναι ο πιο συχνά χρησιμοποιούμενος αλγόριθμος για αναζήτηση σε μη δομημένο βάσεις δεδομένων.

Επί του παρόντος, το NIST δοκιμάζει και αναλύει διάφορες τεχνικές με στόχο την επιλογή μιας για υιοθέτηση και τυποποίηση. Από τις αρχικές 69 προτάσεις που έλαβε, το Ινστιτούτο έχει ήδη μείωσε στο 15.

Υπάρχει μετα-κβαντικός αλγόριθμος; Είναι η κρυπτογράφηση AES-256 Post-Quantum Secure;

Υπάρχει τώρα μια σημαντική εστίαση στην ανάπτυξη αλγορίθμων «ανθεκτικών στα κβαντικά».

Για παράδειγμα, η κρυπτογράφηση AES-256, που χρησιμοποιείται ευρέως στις μέρες μας, θεωρείται συνήθως ότι είναι ανθεκτική στα κβαντικά. Η συμμετρική κρυπτογράφηση του εξακολουθεί να είναι απίστευτα ασφαλής. Για παράδειγμα, ένας κβαντικός υπολογιστής που χρησιμοποιεί τον αλγόριθμο του Grover για την αποκρυπτογράφηση ενός κρυπτογράφησης AES-128 μπορεί να μειώσει τον χρόνο επίθεσης σε 2^64, ο οποίος είναι σχετικά ανασφαλής.

Στην περίπτωση της κρυπτογράφησης AES-256, αυτό θα ήταν 2^128, το οποίο εξακολουθεί να είναι απίστευτα ισχυρό. Το NIST δηλώνει ότι οι μετακβαντικοί αλγόριθμοι γενικά εμπίπτουν σε μία από τις τρεις κατηγορίες:

• Κρυπτογράφηση που βασίζονται σε πλέγμα—όπως το Kyber ή το Dilithium.
• Κρυπτογράφηση που βασίζονται σε κώδικα—όπως το κρυπτοσύστημα δημόσιου κλειδιού McEliece που χρησιμοποιεί κώδικες Goppa.
• Λειτουργίες που βασίζονται σε κατακερματισμό—όπως το σύστημα υπογραφής μιας χρήσης Lamport Diffie.

Επιπλέον, πολλοί προγραμματιστές blockchain εστιάζουν στη δημιουργία κρυπτονομισμάτων ανθεκτικών στις κβαντικές κρυπταναλυτικές επιθέσεις.

Είναι το RSA Post-Quantum Secure;

Ο RSA είναι ένας ασύμμετρος αλγόριθμος που κάποτε θεωρούνταν απίστευτα ασφαλής. Το Scientific American δημοσίευσε μια ερευνητική εργασία το 1977, υποστηρίζοντας ότι θα χρειαζόταν 40 τετράδα δισεκατομμύρια χρόνια για να σπάσει η κρυπτογράφηση RSA-129.

Το 1994, ο Peter Shor, ένας μαθηματικός που εργαζόταν για τα Bell Labs, δημιούργησε έναν αλγόριθμο που ουσιαστικά καταδίκασε την κρυπτογράφηση RSA σε αποτυχία. Μερικά χρόνια αργότερα, μια ομάδα κρυπτογράφων το έσπασε μέσα σε έξι μήνες.

Σήμερα, η συνιστώμενη κρυπτογράφηση RSA είναι RSA-3072, η οποία προσφέρει 112 bit ασφάλειας. Το RSA-2048 δεν έχει σπασθεί ακόμα, αλλά είναι θέμα χρόνου.

Επί του παρόντος, περισσότερο από το 90% όλων των κρυπτογραφημένων συνδέσεων στον Ιστό, συμπεριλαμβανομένων των χειραψιών SSL, βασίζονται στο RSA-2048. Το RSA χρησιμοποιείται επίσης για τον έλεγχο ταυτότητας ψηφιακών υπογραφών, το οποίο χρησιμοποιείται για την προώθηση ενημερώσεων υλικολογισμικού ή για απλές εργασίες όπως ο έλεγχος ταυτότητας email.

Το πρόβλημα είναι ότι η αύξηση του μεγέθους του κλειδιού δεν ενισχύει αναλογικά την ασφάλεια. Για αρχή, το RSA 2048 είναι τέσσερα δισεκατομμύρια φορές ισχυρότερο από τον προκάτοχό του. Όμως, το RSA 3072 είναι μόνο περίπου 65 χιλιάδες φορές ισχυρότερο. Ουσιαστικά, θα φτάσουμε τα όρια κρυπτογράφησης RSA στα 4.096.

Κρυπτογραφικοί αναλυτές έχουν κυκλοφορήσει ακόμη και μια σειρά από διαφορετικές μεθόδους επίθεσης στο RSA και περιέγραψαν πόσο αποτελεσματικά μπορούν να είναι. Το θέμα είναι ότι η RSA είναι πλέον ένας τεχνολογικός δεινόσαυρος.

Είναι ακόμη πιο παλιό από την έλευση του Παγκόσμιου Ιστού όπως τον ξέρουμε. Τώρα, είναι επίσης σκόπιμο να αναφέρουμε ότι δεν έχουμε επιτύχει ακόμη κβαντική υπεροχή, που σημαίνει ότι ένας κβαντικός υπολογιστής θα είναι σε θέση να εκτελέσει μια λειτουργία που ένας κανονικός υπολογιστής δεν μπορεί να εκτελέσει.

Ωστόσο, αυτό αναμένεται μέσα στα επόμενα 10-15 χρόνια. Εταιρείες όπως η Google και η IBM χτυπούν ήδη την πόρτα.

Γιατί Χρειαζόμαστε Μετα-Κβαντική Κρυπτογραφία;

Μερικές φορές, ο καλύτερος τρόπος για να καινοτομήσετε είναι να παρουσιάσετε ένα πιο ισχυρό πρόβλημα. Η ιδέα πίσω από την μετακβαντική κρυπτογραφία είναι να αλλάξει ο τρόπος με τον οποίο οι υπολογιστές επιλύουν μαθηματικά προβλήματα.

Υπάρχει επίσης η ανάγκη ανάπτυξης πιο ασφαλών πρωτοκόλλων επικοινωνίας και συστημάτων που μπορούν να αξιοποιήσουν τη δύναμη του κβαντικού υπολογισμού και ακόμη και να προστατεύσουν από αυτά. Πολλές εταιρείες, συμπεριλαμβανομένων των παρόχων VPN, εργάζονται ακόμη και για την απελευθέρωση VPN που είναι πλέον κβαντικά ασφαλή!

Το Quantum-Safe VPN της Verizon: Τι πρέπει να γνωρίζετε

Διαβάστε Επόμενο

Σχετικά με τον Συγγραφέα