Što je post-kvantna kriptografija i zašto je važna?

Većina ljudi često razmišlja o tajnim organizacijama ili dubokim podzemnim instalacijama kada govorimo o kriptografiji. U biti, kriptografija je jednostavno sredstvo zaštite i šifriranja informacija.

Na primjer, ako pogledate lijevo od URL-a ove web stranice (u adresnoj traci), vidjet ćete sićušni simbol lokota. Lokot označava da web-mjesto koristi HTTPS protokol za šifriranje informacija koje se šalju na i sa stranice, štiteći osjetljive podatke kao što su osobni podaci i podaci o kreditnoj kartici.

Međutim, kvantna kriptografija znatno je naprednija i zauvijek će promijeniti sigurnost na mreži.

Što je post-kvantna kriptografija?

Da bismo bolje razumjeli postkvantnu kriptografiju, važno je prvo znati što su kvantna računala. Kvantna računala iznimno su moćni strojevi koji koriste kvantnu fiziku za pohranjivanje informacija i izvođenje izračuna nevjerojatno velikim brzinama.

Konvencionalno računalo pohranjuje informacije u binarnom obliku, što je samo hrpa 0s i 1s. U kvantnom računarstvu, informacije se pohranjuju u "kubitima". Oni koriste svojstva kvantne fizike, kao što je kretanje elektrona ili možda način na koji je fotografija orijentirana.

Raspoređujući ih u različite rasporede, kvantna računala mogu pohraniti i pristupiti informacijama iznimno brzo. U biti, raspored kubita mogao bi pohraniti više brojeva od atoma u našem svemiru.

Dakle, ako koristite kvantno računalo da razbijete šifru iz binarnog računala, neće trebati dugo da ona pukne. Iako su kvantna računala nevjerojatno moćna, njihovi binarni kolege još uvijek imaju prednost u nekim slučajevima.

Za početak, toplinska ili elektromagnetska polja mogu utjecati na kvantna svojstva računala. Stoga je njihova upotreba općenito ograničena i njome se treba vrlo pažljivo upravljati. Lako je to reći kvantno računalstvo mijenja svijet.

Sada, iako kvantna računala predstavljaju značajnu prijetnju enkripciji, još uvijek postoje odgovarajuća obrana. Post-kvantna kriptografija odnosi se na razvoj novih šifri ili kriptografskih tehnika koje štite od kriptoanalitičkih napada kvantnih računala.

To omogućuje binarnim računalima da zaštite svoje podatke, čineći ih nepropusnim za napade kvantnih računala. Post-kvantna kriptografija postaje sve važnija kako se krećemo prema sigurnijoj i robusnijoj digitalnoj budućnosti.

Kvantni strojevi su već razbili mnoge asimetrične tehnike šifriranja, prvenstveno oslanjajući se na Shorov algoritam.

Važnost post-kvantne kriptografije

Još 2016. godine istraživači sa Sveučilišta Innsbruck i MIT-a utvrdili su da kvantna računala mogu lako probiti bilo koju šifru koju su razvila konvencionalna računala. Oni su moćniji od superračunala, naravno.

Iste godine, Nacionalni institut za standarde i tehnologiju (NIST) počeo je prihvaćati prijave za nove šifre koje bi mogle zamijeniti javno šifriranje. Kao rezultat toga, razvijeno je nekoliko obrana.

Na primjer, jednostavan način je udvostručiti veličinu digitalnih ključeva tako da se broj potrebnih permutacija značajno poveća, osobito u slučaju napada grubom silom.

Samo udvostručenje veličine ključa sa 128 na 256 bita bi u kvadratu prikazalo broj permutacija za kvantno računalo koji koristi Groverov algoritam, koji je najčešće korišteni algoritam za pretraživanje nestrukturiranih baze podataka.

Trenutno NIST testira i analizira nekoliko tehnika s ciljem odabira jedne za usvajanje i standardizaciju. Od izvornih 69 pristiglih prijedloga, Institut već ima smanjio na 15.

Postoji li post-kvantni algoritam? Je li AES-256 enkripcija post-kvantna sigurna?

Sada je značajan fokus na razvoju "kvantno otpornih" algoritama.

Na primjer, AES-256 enkripcija, koja se danas široko koristi, obično se smatra kvantno otpornom. Njegova simetrična enkripcija i dalje je nevjerojatno sigurna. Na primjer, kvantno računalo koje koristi Groverov algoritam za dešifriranje AES-128 šifre može smanjiti vrijeme napada na 2^64, što je relativno nesigurno.

U slučaju AES-256 enkripcije, to bi bilo 2^128, što je još uvijek nevjerojatno robusno. NIST navodi da postkvantni algoritmi općenito spadaju u jednu od tri kategorije:

• Šifre zasnovane na rešetki—kao što su Kyber ili Dilithium.
• Šifre temeljene na kodu—kao što je McElieceov kriptosustav s javnim ključem koji koristi Goppa kodove.
• Funkcije temeljene na hashu—kao što je Lamport Diffie sustav jednokratnog potpisa.

Nadalje, mnogi programeri blockchaina usredotočuju se na stvaranje kriptovalute otporne na kvantne kriptoanalitičke napade.

Je li RSA Post-Quantum sigurna?

RSA je asimetrični algoritam koji se nekoć smatrao nevjerojatno sigurnim. Scientific American je 1977. objavio istraživački rad, tvrdeći da će za probijanje RSA-129 enkripcije biti potrebno 40 kvadrilijuna godina.

Godine 1994. Peter Shor, matematičar koji radi za Bell Labs, stvorio je algoritam koji je učinkovito osudio RSA enkripciju na neuspjeh. Nekoliko godina kasnije, tim kriptografa ga je razbio u roku od šest mjeseci.

Danas je preporučena RSA enkripcija RSA-3072, koja nudi 112 bita sigurnosti. RSA-2048 još nije razbijen, ali samo je pitanje vremena.

Trenutno se više od 90% svih šifriranih veza na webu, uključujući SSL rukovanje, oslanja na RSA-2048. RSA se također koristi za provjeru autentičnosti digitalnih potpisa, koji se koristi za upućivanje ažuriranja firmvera ili uobičajene zadatke poput provjere autentičnosti e-pošte.

Problem je u tome što povećanje veličine ključa ne povećava sigurnost proporcionalno. Za početak, RSA 2048 je četiri milijarde puta jači od svog prethodnika. Ali, RSA 3072 je samo oko 65 tisuća puta jači. U stvari, dosegnut ćemo ograničenja RSA enkripcije na 4096.

Kriptografski analitičari čak su objavili niz različite metode za napad na RSA i ocrtao koliko učinkoviti mogu biti. Stvar je u tome da je RSA sada tehnološki dinosaur.

To je čak i starije od pojave World Wide Weba kakvog poznajemo. Sada je također relevantno spomenuti da još nismo postigli kvantnu nadmoć, što znači da će kvantno računalo moći obavljati funkciju koju normalno računalo ne može.

Međutim, to se očekuje u sljedećih 10-15 godina. Tvrtke poput Googlea i IBM-a već kucaju na vrata.

Zašto nam je potrebna post-kvantna kriptografija?

Ponekad je najbolji način za inovaciju predstaviti snažniji problem. Koncept post-kvantne kriptografije je promjena načina na koji računala rješavaju matematičke probleme.

Također postoji potreba za razvojem sigurnijih komunikacijskih protokola i sustava koji mogu iskoristiti snagu kvantnog računanja, pa čak i zaštititi od njih. Mnoge tvrtke, uključujući pružatelje VPN-a, čak rade na izdavanju VPN-ova koji su sada kvantno sigurni!

Verizonov kvantno siguran VPN: što trebate znati

Pročitajte dalje

O autoru