Co je postkvantová kryptografie a proč je důležitá?

Když mluvíme o kryptografii, většina lidí často myslí na tajné organizace nebo hluboké instalace v podzemí. V podstatě je kryptografie jednoduše prostředkem ochrany a šifrování informací.

Pokud se například podíváte nalevo od adresy URL tohoto webu (v adresním řádku), uvidíte malý symbol visacího zámku. Visací zámek označuje, že web používá protokol HTTPS k šifrování informací odesílaných na web a z něj, čímž chrání citlivé informace, jako jsou osobní údaje a informace o kreditní kartě.

Kvantová kryptografie je však výrazně pokročilejší a navždy změní online bezpečnost.

Co je to postkvantová kryptografie?

Abychom lépe porozuměli postkvantové kryptografii, je důležité nejprve vědět, co jsou kvantové počítače. Kvantové počítače jsou extrémně výkonné stroje, které využívají kvantovou fyziku k ukládání informací a provádění výpočtů neuvěřitelně vysokou rychlostí.

Konvenční počítač ukládá informace v binárním tvaru, což je jen shluk 0 a 1. V kvantovém počítání jsou informace uloženy v „qubitech“. Ty využívají vlastnosti kvantové fyziky, jako je pohyb elektronu nebo možná způsob orientace fotografie.

Jejich uspořádáním do různých uspořádání mohou kvantové počítače ukládat a přistupovat k informacím extrémně rychle. V podstatě by uspořádání qubitů mohlo uložit více čísel než atomů v našem vesmíru.

Pokud tedy použijete kvantový počítač k prolomení šifry z binárního počítače, nebude trvat dlouho, než se rozlouskne. Zatímco kvantové počítače jsou neuvěřitelně výkonné, jejich binární protějšky mají v některých případech stále náskok.

Teplo nebo elektromagnetická pole mohou pro začátek ovlivnit kvantové vlastnosti počítače. Jejich použití je tedy obecně omezené a musí být řízeno velmi pečlivě. To se snadno řekne kvantové počítače mění svět.

Nyní, zatímco kvantové počítače skutečně představují významnou hrozbu pro šifrování, stále existuje vhodná obrana. Postkvantová kryptografie označuje vývoj nových šifer nebo kryptografických technik, které chrání před kryptoanalytickými útoky z kvantových počítačů.

To umožňuje binárním počítačům chránit svá data, což je činí odolnými vůči útokům z kvantových počítačů. Postkvantová kryptografie se stává stále důležitější, jak se posouváme k bezpečnější a robustnější digitální budoucnosti.

Kvantové stroje již prolomily mnoho technik asymetrického šifrování, především se spoléhají na Shorův algoritmus.

Význam postkvantové kryptografie

V roce 2016 vědci z University of Innsbruck a MIT zjistili, že kvantové počítače mohou snadno prolomit jakoukoli šifru vyvinutou konvenčními počítači. Jsou silnější než superpočítače, samozřejmě.

Ve stejném roce začal Národní institut pro standardy a technologie (NIST) přijímat návrhy na nové šifry, které by mohly nahradit veřejné šifrování. V důsledku toho bylo vyvinuto několik obran.

Jednoduchým způsobem je například zdvojnásobit velikost digitálních klíčů, aby se počet požadovaných permutací výrazně zvýšil, zejména v případě útoku hrubou silou.

Pouhé zdvojnásobení velikosti klíče ze 128 na 256 bitů by odmocnilo počet permutací pro kvantový počítač který používá Groverův algoritmus, což je nejběžněji používaný algoritmus pro vyhledávání v nestrukturovaných databází.

V současné době NIST testuje a analyzuje několik technik s cílem vybrat jednu pro přijetí a standardizaci. Z původních 69 obdržených návrhů již ústav ano zúžil na 15.

Existuje postkvantový algoritmus? Je šifrování AES-256 Post-Quantum bezpečné?

Nyní je kladen velký důraz na vývoj „kvantově odolných“ algoritmů.

Například šifrování AES-256, které je dnes široce používáno, je běžně považováno za kvantově odolné. Jeho symetrické šifrování je stále neuvěřitelně bezpečné. Například kvantový počítač, který používá Groverův algoritmus k dešifrování šifry AES-128, může zkrátit dobu útoku na 2^64, což je relativně nejisté.

V případě šifrování AES-256 by to bylo 2^128, což je stále neuvěřitelně robustní. NIST uvádí, že postkvantové algoritmy obecně spadají do jedné ze tří kategorií:

• Šifry založené na mřížce – například Kyber nebo Dilithium.
• Šifry založené na kódu – jako je kryptosystém s veřejným klíčem McEliece, který používá kódy Goppa.
• Funkce založené na hash – jako je systém jednorázového podpisu Lamport Diffie.

Kromě toho se mnoho vývojářů blockchainu zaměřuje na vytváření kryptoměn odolných vůči kvantovým kryptoanalytickým útokům.

Je RSA Post-Quantum bezpečné?

RSA je asymetrický algoritmus, který byl kdysi považován za neuvěřitelně bezpečný. The Scientific American zveřejnil v roce 1977 výzkumnou práci, v níž tvrdil, že prolomení šifrování RSA-129 by trvalo 40 kvadrilionů let.

V roce 1994 Peter Shor, matematik pracující pro Bell Labs, vytvořil algoritmus, který účinně odsoudil šifrování RSA k selhání. O pár let později to tým kryptografů prolomil během šesti měsíců.

Dnes je doporučené šifrování RSA RSA-3072, které nabízí 112bitové zabezpečení. RSA-2048 zatím není prolomeno, ale je to jen otázka času.

V současné době více než 90 % všech šifrovaných připojení na webu, včetně handshake SSL, závisí na RSA-2048. RSA se také používá pro ověřování digitálních podpisů, které se používají pro aktualizaci firmwaru nebo pro běžné úkoly, jako je ověřování e-mailů.

Problém je v tom, že zvýšení velikosti klíče nezvyšuje úměrně zabezpečení. Pro začátek, RSA 2048 je čtyři miliardykrát silnější než jeho předchůdce. Ale RSA 3072 je jen asi 65 tisíckrát silnější. Ve skutečnosti dosáhneme limitů šifrování RSA na 4 096.

Kryptografičtí analytici dokonce vydali řadu takových různé způsoby útoku na RSA a nastínil, jak efektivní mohou být. Jde o to, že RSA je nyní technologický dinosaurus.

Je dokonce starší než příchod World Wide Web, jak jej známe. Nyní je také vhodné zmínit, že jsme ještě nedosáhli kvantové převahy, což znamená, že kvantový počítač bude schopen vykonávat funkci, kterou normální počítač nedokáže.

To se však očekává během příštích 10-15 let. Společnosti jako Google a IBM už klepou na dveře.

Proč potřebujeme postkvantovou kryptografii?

Někdy je nejlepší způsob, jak inovovat, představit silnější problém. Koncepcí postkvantové kryptografie je změnit způsob, jakým počítače řeší matematické problémy.

Je zde také potřeba vyvinout bezpečnější komunikační protokoly a systémy, které dokážou využít sílu kvantových počítačů a dokonce proti nim chránit. Mnoho společností, včetně poskytovatelů VPN, dokonce pracuje na vydání VPN, které jsou nyní kvantově bezpečné!

Quantum-Safe VPN Verizon: Co potřebujete vědět

Přečtěte si další

O autorovi