Кіт Шредінгера допоможе зламати будь-який комп'ютер: як захиститися від квантової загрози

З 1977 року вчені використовують такі методи шифрування, як метод Рівеста — Шаміра — Адлемана (Rivest, Shamir, Adleman — RSA) для безпечного передавання даних. Однак уже 2023 року він опинився під загрозою, оскільки сучасні квантові комп'ютери здатні його зламати. Щоб цьому перешкодити, дослідники з Національного інституту стандартів і технологій (США) придумали особливий спосіб захисту, передає Interesting engineering.

Як постквантова криптографія допоможе захистити дані

RSA — це криптографічний алгоритм із відкритим ключем, що ґрунтується на обчислювальній складності завдання факторизації великих цілих чисел. RSA використовується не тільки для шифрування інформації, а й для захисту цифрового підпису. Однак сучасні квантові комп'ютери цілком здатні з ним впоратися. Щоб убезпечити дані від розумних квантових машин, вчені розробляють метод постквантової криптографії (post-quantum cryptography — PQC).

У майбутньому урядовим установам і приватним фірмам доведеться здійснити перехід з RSA на PQC, щоб протистояти потенційним квантовим загрозам. Це потребуватиме багато часу і витрат, вважає Білл Ньюхаус, старший інженер з кібербезпеки Національного інституту стандартів і технологій. Він зазначив, що ПЗ, яке захищає дані методом PQC, має отримати сертифікат FIPS (Федеральний стандарт обробки інформації), а доти впроваджувати новий шифр не варто. Також Ньюхаус зазначив, що наразі розробляються 4 такі програми.

Як працює квантовий комп'ютер і до чого тут кіт Шредінгера

Квантові комп'ютери використовують кубіти — субатомні частинки, які здатні перебувати в кількох станах одночасно — нуля й одиниці, між нулем і одиницею (такий стан називається суперпозицією — ред.).

Стан суперпозиції добре описано в уявному експерименті австрійського фізика-теоретика Ервіна Шредінгера, в якому гіпотетичний кіт, ув'язнений у ящику з флаконом з отрутою, вважається одночасно живим і мертвим, поки за ним ніхто не спостерігає. Цей експеримент підкреслює своєрідну поведінку квантових систем, у яких частинки можуть існувати в кількох станах, поки їх не спостерігають або не вимірюють.

Квантові комп'ютери використовують цю унікальну властивість для виконання обчислень підвищеної складності, що перевершують можливості класичних комп'ютерів. Ця здатність виконувати обчислення в декількох станах одночасно дає квантовим комп'ютерам можливість розв'язувати вельми складні проблеми, включно із завданнями, які вважаються вельми складними для класичних комп'ютерів. І одним із таких непосильних завдань є злом алгоритмів шифрування RSA.

"Нам потрібно захистити буквально все: від комутаторів і маршрутизаторів і до систем озброєння", — заявила Ванда Джонс-Хіт, головний радник із кібербезпеки ВПС США. — "Якщо ми не завершимо розробки в галузі постквантового шифрування найближчим часом, ми ризикуємо бути зламаними".

Раніше ми повідомляли про те, що нове відкриття змінить роботу електроніки та комп'ютерів наступного покоління. Вчені зі США випробували новий метод управління електрикою, який може стати ключем до створення квантових комп'ютерів і електронних пристроїв нового покоління.