(niepewny to cotygodniowa kolumna poświęcona szybko narastającemu tematowi cyberbezpieczeństwa.
Niedawne przełomy zmieniły kwestię pojawienia się komputerów kwantowych z pytania „czy” na pytanie „kiedy”. Będą w stanie wykonać określone zadanie w odpowiednim tempie sto lub tysiące razy lepsze od klasycznych komputerów, co z kolei pozwoli nam szukać rozwiązań problemów, których nie da się rozwiązać za pomocą nowoczesnych komputerów. metody.
Nowoczesne szyfrowanie jest jednym z takich pytań. Obecnie chronione liczbami pierwszymi, których klasyczne komputery nie są w stanie rozwiązać przed śmiercią cieplną wszechświata, szyfrowanie może zostać szeroko rozbite dzięki sile kwantowej.
Powiązany
- Wewnątrz brytyjskiego laboratorium łączącego mózgi z komputerami kwantowymi
- Naukowcy tworzą „brakujący element układanki” w rozwoju obliczeń kwantowych
- Poznaj Silq: pierwszy intuicyjny język programowania dla komputerów kwantowych
Na szczęście jest to miecz obosieczny. Fizykę kwantową można również wykorzystać do ulepszenia szyfrowania, chroniąc dane przed obecnymi i przyszłymi zagrożeniami. Aby dowiedzieć się, jak to działa i czy jest dzisiaj praktyczne, rozmawialiśmy z Johnem Prisco, dyrektorem generalnym i prezesem firmy
Kwantowa wymiana, pierwszą światłowodową sieć kwantową dostępną w Stanach Zjednoczonych.Trendy cyfrowe: Co sprawia, że komputery kwantowe dobrze radzą sobie z łamaniem konwencjonalnego szyfrowania?
John Prisco, prezes i dyrektor generalny Quantum Xchange: Ponieważ komputer kwantowy nie używa bitów o wartości jeden lub zero. W rzeczywistości używają fotonów, które mogą być jednocześnie zerami i jedynkami. To po prostu możliwość przetwarzania masowo równoległego, której nie jest w stanie wykonać podstawowy komputer, którego używamy dzisiaj, ponieważ bity mogą istnieć tylko w stanie jedynkowym lub zerowym.
„Prawdziwym celem jest komputer kwantowy. I to taki, w którym klucz można złamać w 10 sekund.”
Więc wiesz, że zawsze słyszysz komentarz na temat: „Jak szybko komputer mógł przeczytać wszystkie książki i… rzeczy z Biblioteki Kongresu. Cóż, to już zostało omówione w kontekście czytania każdej książki seryjnie. Sposób, w jaki komputer kwantowy czytałby książki w Bibliotece Kongresu, polegałby na czytaniu ich wszystkich jednocześnie.
Przy użyciu najnowszego szyfru RSA 2048 i konwencjonalnych komputerów złamanie tego klucza metodą brutalnej siły zajęłoby miliard miliardów lat. Komputer kwantowy mógłby to zrobić w około 10 sekund.
Jak myślisz, kiedy komputery kwantowe staną się na tyle wyrafinowane, że będą stanowić realne zagrożenie dla szyfrowania?
Istnieje koncepcja zwana supremacją kwantową. To nie jest zbyt interesujące, chociaż na takie wygląda. Oznacza to, że komputer kwantowy ma większą moc niż jakikolwiek konwencjonalny komputer elektroniczny. Google myślał, że pod koniec ubiegłego roku będzie miał komputer o supremacji kwantowej.
Mówią, że do końca tego roku będą mieli komputer o supremacji kwantowej. Kiedy więc mówię o złamaniu RSA 2048, które zajmie miliard miliardów lat, komputer zajmujący się supremacją kwantową może skrócić ten czas do 900 milionów miliardów lat. To nie jest taki duży postęp.
Prawdziwym celem jest komputer kwantowy. I to taki, w którym klucz można złamać w 10 sekund. Pod tym względem uważa się, że jest to wydarzenie za około 5 do 10 lat.
Ale zawsze od razu mówię, że prawie nie ma znaczenia, ile czasu zajmie dotarcie tam. Nikczemni aktorzy cały czas zbierają dane i zawsze będą to robić, ponieważ jest to zbyt łatwe. Zbiorą dane z rządowego Biura Zarządzania Personelem lub plany F-35 od Lockheed Martin. I będą nad tym siedzieć, dopóki nie będą mieli komputera kwantowego, który będzie w stanie złamać klucz i otworzyć dane.
”…Masz teraz pewność, że nikt nie będzie w stanie odblokować Twoich danych i odczytać Twojego pliku z danymi.”
Załóżmy, że jesteś szwajcarskim bankiem i masz wielu klientów, którzy wolą zachować prywatność swojej tożsamości. Tak więc naprawdę chciałbyś dzisiaj szyfrować za pomocą kluczy kwantowych i nie narażać się na gromadzenie danych i martwić się, że ktoś będzie miał komputer kwantowy, który może je złamać.
Quantum Xchange opiera się na wykorzystaniu kluczy kwantowych. Czy możesz wyjaśnić, jak one działają i co sprawia, że trudniej je złamać?
Klucz kwantowy różni się od klucza RSA tym, że składa się z fotonów. Kiedy przesyłasz klucz z punktu A do punktu B, klucz jest przekazywany, a każdy foton, który wysyłamy, może zostać zakodowany za pomocą jedynki lub zera.
Jeśli ktoś próbował podsłuchać ten klucz, to okazuje się, że zgodnie z Zasadą Nieoznaczoności Heisenberga, jeśli ktoś spróbuje podsłuchać na cząstce optycznej, takiej jak proton, stan kwantowy zmienia się i dlatego klucz nie reprezentuje już klucza, który odblokuje dane.
Ponieważ polegasz na prawach fizyki, które są tak samo niezmienne jak grawitacja, masz teraz pewność, że nikt nie będzie w stanie odblokować Twoich danych i odczytać Twojego pliku danych. Klucz nie przetrwa, jeśli ktoś go dotknie.
Twój system „zaufanego węzła” twierdzi, że rozwiązuje problemy z zasięgiem za pomocą kluczy kwantowych. Dlaczego występuje problem z zasięgiem i jak go rozwiązaliście?
Jedną z wad kwantowej dystrybucji klucza jest to, że najlepsze, co możesz zrobić, to przesłać klucz na odległość około 100 kilometrów. Prawdopodobnie to właśnie opóźniło wprowadzenie Quantum Key Distribution w Stanach Zjednoczonych.
„Aby ktoś złamał klucz kwantowy, potrzebne są nadzwyczajne okoliczności”.
Udało nam się nawiązać współpracę z Battelle Memorial Laboratories i opracowaliśmy sposób na wydłużenie odległości, jaką może pokonać klucz kwantowy. Może teraz podróżować na nieograniczoną odległość.
Wymyśliliśmy sposób na zakodowanie klucza kwantowego w innej klatce kwantowej, co pozwala nam przesyłaj dalej po kilkaset kilometrów na raz i nie narusza to niepewności zasada.
Możliwość ominięcia tego ograniczenia była kluczowa dla zapewnienia wykonalności tego rozwiązania. To duży przełom i czynnik umożliwiający rozwój tej technologii.
Zauważyłem, że Quantum Xchange twierdzi, że jest pionierem „niezniszczalnego szyfrowania”. Jak dosłownie powinniśmy to potraktować? Czy jest to naprawdę nie do złamania, teraz i w przyszłości?
Kiedy formułujesz tak odważne twierdzenie, zawsze masz ludzi, którzy rzucają ci wyzwanie, a kryptografowie jako klasa inżynierów lub naukowców są bardzo dobrzy w kwestionowaniu tego komentarza.
„To nie jest technologia, która pojawiła się z dnia na dzień. Od dziesięciu lat odbywa się w Genewie…”
Okazuje się jednak, że ponieważ opieramy się na prawie fizyki, prawdopodobnie jest ono nienaruszalne. Czy istnieje niezerowe prawdopodobieństwo, że ktoś może to złamać? Tak. Uważamy jednak, że jest to niezwykle mało prawdopodobne. Dosłownie, aby ktoś złamał klucz kwantowy, potrzebne są nadzwyczajne okoliczności.
Powiedzmy, że wysyłam milion fotonów, a ty ostatecznie akceptujesz 100 000 z nich jako całkowicie niezmienione. Gdybyś był nikczemnym aktorem próbującym przechwycić mój klucz kwantowy, musiałbyś poprawnie zgadnąć 900 000 razy, czy foton jest jedynką, czy zerem.
Matematycznie jest to wykonalne. Ale w moim świecie i w świecie praktycznym jest to niemożliwe.
Czy rozwiązanie Quantum Xchange koncentruje się wyłącznie na odstraszaniu zagrożeń ze strony komputerów kwantowych, czy też można je wykorzystać w wielu scenariuszach?
Ogólny przypadek użycia ma na celu ochronę wszelkich krytycznych informacji. Jest on obecnie używany w Genewie przez rząd zarządzający wyborami do przesyłania danych z sondaży przy użyciu klucza kwantowego. Jest całkowicie nastawiony na zapobieganie kradzieży danych przez hakerów. Jeśli komputery kwantowe są przestępstwem, szyfrowanie kwantowe jest obroną.
To nie jest technologia, która pojawiła się z dnia na dzień. Działa w Genewie od dziesięciu lat, a w laboratoriach Battelle’a od pięciu. Wdrażamy go teraz w Nowym Jorku. To sprzęt, który działa dzisiaj i jest opłacalny także dzisiaj.
Zalecenia redaktorów
- Naukowcy właśnie dokonali przełomu w obliczeniach kwantowych
- Nowy 127-kubitowy procesor IBM to ogromny przełom w obliczeniach kwantowych
- IBM buduje największy komputer kwantowy i gigantyczną lodówkę, w której można go umieścić
- Honeywell dokonuje skoku od termostatów do komputerów kwantowych
- Intel opracowuje kriogeniczny układ kontrolny, który ma usprawnić obliczenia kwantowe
