D'Quantitéit u Computer Sécherheetsinstrumenter - e leschten Auswee oder en Nol am Sarg? Wa mir Millioune Qubits hunn

Engersäits schéngt Quantecomputer eng "perfekt" an "ondestruktiv" Verschlësselungsmethod ze sinn, déi verhënnert datt iergendeen an Computeren an Daten hacken. Op där anerer Säit gouf et och d'Angscht, datt déi "Béiser" net zoufälleg d'Quantetechnologie notzen...

Virun e puer Méint, a Letters on Applied Physics, hunn d'Wëssenschaftler aus China déi séierst presentéiert Quantephysik zoufälleg Zuel Generator (Quantezufallsnummergenerator, QRNG) funktionnéiert an Echtzäit. Firwat ass et wichteg? Well d'Fäegkeet fir (richteg) zoufälleg Zuelen ze generéieren ass de Schlëssel fir d'Verschlësselung.

Déi meescht QRNG Systemer haut benotzt se diskret photonic an elektronesch Komponente, mee intégréieren esou Komponente an eng integréiert Circuit bleift eng grouss technesch Erausfuerderung. De System entwéckelt vun der Grupp benotzt Indium-Germanium Photodioden an e Transimpedanzverstärker integréiert mat engem Silizium Photonesche System (1) mat engem System vu Kuppler an Attenuatoren.

D'Kombinatioun vun dëse Komponenten erlaabt QR ENG op Detectioun vun Signaler aus Quelle vun der Quantenentropie mat wesentlech verbesserte Frequenzreaktioun. Eemol zoufälleg Signaler erkannt ginn, gi se vun enger programméierbarer Gate Matrix veraarbecht, déi wierklech zoufälleg Zuelen aus de Matière Daten extrahéiert. Dat resultéierend Apparat kann Zuelen op bal 19 Gigabits pro Sekonn generéieren, en neie Weltrekord. Déi zoufälleg Zuelen kënnen dann op all Computer iwwer e Glasfaserkabel geschéckt ginn.

Generatioun vu quantum zoufälleg Zuelen ass am Häerz vun der Kryptografie. Konventionell zoufälleg Zuel Generatoren vertrauen typesch op Algorithmen bekannt als pseudo-zoufälleg Zuel Generatoren, déi, wéi den Numm et scho seet, sinn net wierklech zoufälleg an dofir potenziell vulnérabel. uewen optesch Quantennummer Generatoren e puer wierklech zoufälleg Firmen wéi Quantum Dice an IDQuantique bedreiwen ënner anerem. Hir Produkter gi scho kommerziell benotzt.

déi regéiert wéi kierperlech Objeten op de klengste Skalen funktionnéieren. De Quantequivalent vum Bit 1 oder Bit 0 ass e Qubit. (2), déi kann och 0 oder 1, oder an enger sougenannter Superpositioun sinn - all Kombinatioun vun 0 an 1. Eng Berechnung op déi zwee klassesch Bits auszeféieren (déi 00, 01, 10 an 11 kënne sinn) erfuerdert véier Schrëtt.

et kann Berechnungen an all véier Staaten gläichzäiteg Leeschtunge. Dëst skaléiert exponentiell - dausend Qubits wieren op e puer Manéier méi mächteg wéi de mächtegste Supercomputer vun der Welt. En anert Quantekonzept dat entscheedend ass fir Quantecomputer ass Duercherneenwéinst deem Qubits esou korreléiert kënne ginn, datt se vun engem Quantezoustand beschriwwe ginn. D'Miessung vun engem vun hinnen weist direkt den Zoustand vun deem aneren.

Entanglement ass wichteg an der Kryptoographie a Quantekommunikatioun. Wéi och ëmmer, d'Potenzial vu Quanteberechenung läit net an der Beschleunigung vum Informatik. Et bitt éischter en exponentielle Virdeel a bestëmmte Klasse vu Probleemer, sou wéi d'Bechnung vu ganz grousser Zuelen, wat seriéis Implikatioune fir Cyber ​​Sécherheet.

Déi dréngendst Aufgab Quanteberechenung ass genuch Feeler-tolerant Qubits ze kreéieren fir d'Potenzial vu Quanteberechenung opzemaachen. D'Interaktioun tëscht dem Qubit a senger Ëmwelt degradéiert d'Qualitéit vun der Informatioun a Mikrosekonnen. Qubits aus hirer Ëmwelt ze isoléieren, zum Beispill duerch Ofkillung op Temperaturen no bei der absoluter Null, ass schwéier an deier. Kaméidi geet erop wéi d'Zuel vun de Qubits eropgeet, wat sophistikéiert Feelerkorrekturtechniken erfuerdert.

sinn am Moment programméiert vun eenzelne Quantephysik Gates, déi vläicht fir kleng Prototyp Quantephysik Computeren akzeptabel ginn, mee onpraktesch wann et zu Dausende vu Qubits kënnt. Viru kuerzem hunn e puer Firmen wéi IBM a Classiq méi abstrakt Schichten am Programméierungsstack entwéckelt, wat d'Entwéckler erlaabt mächteg Quantenapplikatiounen ze bauen fir real Weltproblemer ze léisen.

Professionneller gleewen datt Akteuren mat schlechten Intentioune profitéiere kënnen Virdeeler vum Quantecomputer eng nei Approche zu Violatioune schafen Cyber ​​Sécherheet. Si kënnen Aktiounen ausféieren, déi op klassesch Computeren ze computationally deier wieren. Mat engem Quantecomputer kéint en Hacker theoretesch séier Datesätz analyséieren an raffinéiert Attacke géint eng grouss Zuel vu Netzwierker an Apparater starten.

Och wann et am Moment onwahrscheinlech schéngt, datt am aktuellen Tempo vum technologesche Fortschrëtt d'Entstoe vun allgemengen Zweck Quantecomputer geschwënn an der Wollek als Infrastruktur als Serviceplattform verfügbar ass, sou datt et fir eng breet Palette vu Benotzer verfügbar ass.

Zréck am Joer 2019 huet Microsoft ugekënnegt datt et géif ubidden Quantecomputer an Ärer Azure Cloud, obwuel dëst hir Benotzung limitéiert fir Clienten auswielen. Als Deel vun dësem Produkt liwwert d'Firma Quanteléisungen wéi z Solvers i algorithms, Quantephysik Software, wéi Simulatoren a Ressource Estimatioun Tools, souwéi Quantephysik Hardware mat verschiddene Qubit Architekturen, déi potenziell vun Hacker exploitéiert kënne ginn. Aner Ubidder vu Quante Cloud Computing Servicer sinn IBM an Amazon Web Services (AWS).

De Kampf vun Algorithmen

Klassesch digital Chifferen vertrauen op komplex mathematesch Formelen fir Daten an verschlësselte Messagen fir Späicheren an Iwwerdroung ze konvertéieren. Et gëtt benotzt fir Daten ze verschlësselen an ze entschlësselen. digital Schlëssel.

Dofir probéiert den Ugräifer d'Verschlësselungsmethod ze briechen fir déi geschützt Informatioun ze klauen oder z'änneren. Déi offensichtlech Manéier dëst ze maachen ass all méiglech Schlësselen ze probéieren fir een ze bestëmmen deen d'Donnéeën zréck an eng mënschlech liesbar Form entschlësselt. De Prozess kann mat engem konventionelle Computer duerchgefouert ginn, awer erfuerdert vill Effort an Zäit.

Si existéieren am Moment zwou Haaptarten vun Verschlësselung: symmetreschzur selwechter Zäit gëtt dee selwechte Schlëssel benotzt fir Daten ze verschlësselen an ze entschlësselen; sou wéi asymmetresch, dat heescht, mat engem ëffentleche Schlëssel, deen e Paar mathematesch verbonne Schlësselen enthält, vun deenen een ëffentlech verfügbar ass fir d'Leit z'erméiglechen e Message fir de Besëtzer vum Schlësselpaar ze verschlësselen, an deen aneren gëtt vum Besëtzer privat gehal fir d'Entschlësselung ze entschlësselen. Message.

W symmetresch Verschlësselung dee selwechte Schlëssel gëtt benotzt fir e bestëmmte Stéck Daten ze verschlësselen an ze entschlësselen. E Beispill vun engem symmetresche Algorithmus: Fortgeschratt Verschlësselungsstandard (AES). AES Algorithmus, adoptéiert vun der US Regierung, ënnerstëtzt dräi Schlësselgréissten: 128-Bit, 192-Bit an 256-Bit. Symmetresch Algorithmen ginn allgemeng fir bulk Verschlësselungsaufgaben benotzt wéi d'Verschlësselung vu grouss Datenbanken, Dateiesystemer an Objektspeicher.

W asymmetresch Verschlësselung Daten ginn verschlësselt mat engem Schlëssel (allgemeng als ëffentleche Schlëssel bezeechent) an entschlësselt mat engem anere Schlëssel (allgemeng als private Schlëssel bezeechent). Allgemeng benotzt Rivest Algorithmus, Shamira, Adleman (RSA) ass e Beispill vun engem asymmetresche Algorithmus. Och wa se méi lues si wéi symmetresch Verschlësselung, asymmetresch Algorithmen léisen de Schlësselverdeelungsproblem, wat e wichtege Problem bei der Verschlësselung ass.

Ëffentlech Schlëssel Kryptografie et gëtt benotzt fir de sécheren Austausch vu symmetresche Schlësselen a fir digital Authentifikatioun oder Ënnerschrëft vu Messagen, Dokumenter an Certificaten, déi ëffentlech Schlësselen mat der Identitéit vun hire Besëtzer associéieren. Wa mir eng sécher Websäit besichen déi HTTPS Protokoller benotzt, benotzt eise Browser ëffentlech Schlësselkryptographie fir den Zertifika vun der Websäit ze authentifizéieren an e symmetresche Schlëssel opzestellen fir Kommunikatiounen op a vun der Websäit ze verschlësselen.

Well praktesch all Internet Uwendungen si benotzen souwuel symmetresch Kryptografieи ëffentlech Schlëssel Kryptografiebéid Forme musse sécher sinn. Deen einfachste Wee fir de Code ze knacken ass all méiglech Schlësselen ze probéieren bis Dir een kritt deen funktionnéiert. Gewéinlech Computeren si kënnen et maachen, awer et ass ganz schwéier.

Zum Beispill, am Juli 2002, huet d'Grupp ugekënnegt datt si e 64-Bit symmetresche Schlëssel entdeckt hunn, awer en Effort vun 300 Leit erfuerdert. Leit fir méi wéi véier an en halleft Joer Aarbecht. E Schlëssel duebel sou laang, oder 128 Bits, wäert iwwer 300 sextillion Léisungen hunn, d'Zuel vun deenen ausgedréckt gëtt als 3 an Nullen. Souguer de schnellsten Supercomputer vun der Welt Et wäert Billioune vu Joer daueren fir de richtege Schlëssel ze fannen. Wéi och ëmmer, eng Quantecomputer Technik genannt Grover's Algorithmus beschleunegt de Prozess andeems en 128-Bit Schlëssel an de Quantecomputer Äquivalent vun engem 64-Bit Schlëssel ëmgewandelt gëtt. Awer de Schutz ass einfach - d'Schlësselen musse verlängert ginn. Zum Beispill, huet e 256-bëssen Schlëssel déi selwecht Schutz géint eng Quantephysik Attack als 128-bëssen Schlëssel géint eng normal Attack.

Ëffentlech Schlëssel Kryptografie dëst ass awer e vill méi grousse Problem wéinst der Aart a Weis wéi d'Mathematik funktionnéiert. Populär dës Deeg ëffentlech Schlëssel Verschlësselung Algorithmenheescht RSA, Diffiego-Hellman i elliptesch Curve Kryptografie, Si erlaben Iech mam ëffentleche Schlëssel unzefänken an de private Schlëssel mathematesch ze berechnen ouni duerch all d'Méiglechkeeten ze goen.

si kënnen Verschlësselungsléisungen briechen, deenen hir Sécherheet op Faktoriséierung vun ganz Zuelen oder diskrete Logarithmen baséiert. Zum Beispill, mat der RSA-Methode, déi wäit am E-Commerce benotzt gëtt, kann e private Schlëssel berechent ginn duerch Faktoring vun enger Zuel, déi d'Produkt vun zwou Primzuelen ass, wéi 3 a 5 fir 15. Bis elo war ëffentlech Schlësselverschlësselung onbriechbar . Fuerschung Peter Shore um Massachusetts Institute of Technology viru méi wéi 20 Joer huet gewisen datt et méiglech ass asymmetresch Verschlësselung ze briechen.

kann bis zu 4096-bëssen Schlëssel Puer an nëmmen e puer Stonnen knacken mat enger Technik genannt Shor Algorithmus. Allerdéngs ass dëst ideal Quantecomputer vun der Zukunft. Am Moment ass déi gréisst Zuel, déi op engem Quantecomputer berechent gëtt, 15 - insgesamt 4 Bits.

Obschonns symmetresch Algorithmen Dem Shor säin Algorithmus ass net a Gefor, d'Kraaft vum Quantecomputer forcéiert d'Schlësselgréissten ze multiplizéieren. zum Beispill grouss Quantecomputer Lafen Grover Algorithmus, déi Quantetechniken benotzt fir Datenbanken ganz séier ze froen, kann eng véierfach Leeschtungsverbesserung bei brute-force Attacke géint symmetresch Verschlësselungsalgorithmen wéi AES ubidden. Fir géint brute Force Attacken ze schützen, duebel d'Schlësselgréisst fir dee selwechte Schutzniveau ze bidden. Fir den AES Algorithmus heescht dat 256-Bit Schlësselen ze benotzen fir d'haut 128-Bit Sécherheetsstäerkt z'erhalen.

Haut RSA Verschlësselung, eng wäit benotzt Form vu Verschlësselung, besonnesch wann Dir sensibel Donnéeën iwwer den Internet vermëttelt, baséiert op 2048-Bit Zuelen. Experten schätzen dat Quantecomputer et géif esou vill wéi 70 Millioune Qubits huelen dës Verschlësselung ze briechen. Gitt dat momentan sinn déi gréisste Quantecomputer net méi wéi honnert Qubits (obwuel IBM a Google Pläng hunn eng Millioun bis 2030 z'erreechen), kann et laang daueren ier eng reell Bedrohung erschéngt, awer well den Tempo vun der Fuerschung an dësem Beräich weider beschleunegt, kann et net ausgeschloss ginn datt esou e Computer wäert an den nächsten 3-5 Joer gebaut ginn.

Zum Beispill, Google an de KTH Institut a Schweden hu viru kuerzem e "besser Wee" fonnt Quantecomputer kënnen Berechnungen a Verletzung vum Code maachen, d'Quantitéit u Ressourcen ze reduzéieren déi se brauchen duerch Uerderen vun der Gréisst. Hir Pabeier, publizéiert am MIT Technology Review, behaapt datt e Computer mat 20 Millioune Qubits eng 2048-Bit Zuel an nëmmen 8 Stonnen knacken kann.

Post-Quante-Kryptographie

An de leschte Joeren hunn d'Wëssenschaftler haart geschafft fir ze kreéieren "Quantesécherheet" Verschlësselung. Den amerikanesche Wëssenschaftler bericht datt den US National Institute of Standards and Technology (NIST) scho 69 potenziell nei Techniken analyséiert, genannt "Post-Quantekryptering (PQC)". Wéi och ëmmer, dee selwechte Bréif weist drop hin, datt d'Fro iwwer d'Krackung vun der moderner Kryptografie vu Quantecomputer fir de Moment hypothetesch bleift.

3. Ee vun de Mesh-baséiert Kryptografiemodeller gouf gebaut.

Op alle Fall, laut engem 2018 Bericht vun der National Academy of Sciences, Engineering and Medicine, "nei Kryptografie muss elo entwéckelt an ëmgesat ginn, och wann e Quantecomputer, deen fäeg ass d'Kryptographie vun haut ze briechen, net an engem Joerzéngt gebaut gëtt." . Zukünfteg Code-breaking Quantecomputer kéinten honnertdausend Mol méi Veraarbechtungskraaft an e reduzéierte Fehlerquote hunn, wat se fäeg mécht bekämpfen modern Cybersécherheetspraktiken.

Vun de Léisungen genannt "Post-Quantekryptering" sinn bekannt, besonnesch d'PQShield Company. Sécherheetsfachleit kënnen konventionell kryptografesch Algorithmen mat Netzwierkalgorithmen ersetzen. (Gitter-baséiert Kryptografie) déi mat Sécherheet am Kapp erstallt goufen. Dës nei Methoden verstoppen Daten a komplexe mathematesch Probleemer genannt Gitter (3). Esou algebraesch Strukture si schwéier ze léisen, wat d'Kryptografen erlaabt Informatioun och am Gesiicht vu mächtege Quantecomputer ze sécheren.

Laut engem IBM Fuerscher, Cecilia Boscini, Mesh-Netz-baséiert Kryptografie wäert Quantecomputer-baséiert Attacken an der Zukunft verhënneren, wéi och d'Basis fir voll homomorphesch Verschlësselung (FHE), déi d'Benotzer erlaabt Berechnungen op Dateien auszeféieren ouni d'Donnéeën ze kucken oder se un Hacker auszesetzen.

Eng aner villverspriechend Method ass Quantephysik Schlëssel Verdeelung (Effizienz). Quantephysik Verdeelung vun QKD Schlësselen (4) benotzt Phenomener vun der Quantemechanik (wéi Entanglement) fir e komplett geheimen Austausch vun Verschlësselungsschlësselen ze bidden a ka souguer iwwer d'Präsenz vun engem "Oflauschteren" tëscht zwee Endpunkte warnen.

Am Ufank war dës Method nëmmen iwwer optesch Faser méiglech, awer elo huet Quantum Xchange e Wee entwéckelt fir se och iwwer den Internet ze schécken. Zum Beispill sinn déi chinesesch Experimenter vu KKK duerch e Satellit op enger Distanz vun e puer dausend Kilometer bekannt. Zousätzlech zu China sinn d'Pionéier an dësem Beräich KETS Quantum Security an Toshiba.

4. Ee vun de Quantephysik Schlëssel Verdeelung Modeller, QKD