Що таке постквантова криптографія? Все, що вам потрібно знати про цю загрозу, що нависає

Щоразу, коли ви здійснюєте покупки в Інтернеті за допомогою кредитної картки, встановлюєте оновлення на телефон або надсилаєте конфіденційний файл колезі, протоколи інтернет-безпеки допомагають захистити ваші дані. Ці системи шифрування щодня захищають мільярди транзакцій та комунікацій, використовуючи алгоритми, які занадто складно зламати звичайним комп'ютерам. Навіть хакеру, який володіє найпотужнішим суперкомп'ютером, знадобляться мільйони років, щоб знайти правильний ключ доступу.

Але з новим пристроєм під назвою квантовий комп'ютер вони змогли зламати код за лічені години. Хоча ці машини мають потенціал допомогти вченим відкрити елітні ліки або розробити високоефективні батареї, вони також можуть дозволити злочинним синдикатам або хакерам, що фінансуються державою, зруйнувати основу цифрової безпеки.

Хоча квантові комп'ютери не становлять безпосередньої небезпеки, загроза реальна — і зростає. Розумний крок — підготуватися зараз, а не панікувати потім.

Квантові комп'ютери — це новий вид технології, яка використовує принципи квантової фізики для вирішення проблем, які надзвичайно складно — або навіть неможливо — вирішити сучасним комп'ютерам. Як і традиційні комп'ютери, вони зберігають інформацію за допомогою бітів, які зазвичай представлені як 0 та 1.

У звичайному комп'ютері ці біти створюються за допомогою електричних сигналів, які або ввімкнені, або вимкнені. Однак квантові комп'ютери використовують крихітні частинки, які називаються кубітами. Завдяки квантовій властивості, яка називається суперпозицією, кубіти можуть одночасно перебувати в поєднанні 0 та 1. Це дозволяє квантовим комп'ютерам досліджувати багато можливих рішень одночасно, а не по одному.

Квантові обчислення потужні, тому що вони працюють зовсім інакше, ніж звичайні комп'ютери. Кубіти можуть представляти кілька можливостей одночасно, а це означає, що квантовий комп'ютер може обробляти величезну кількість потенційних рішень одночасно.

Це призводить до експоненціального зростання обчислювальної потужності: кожен новий кубіт подвоює кількість станів, які комп'ютер може обробити. Наприклад, два кубіти можуть представляти чотири комбінації, три кубіти — вісім, а 50 кубітів — понад квадрильйон комбінацій. Це робить квантові комп'ютери особливо перспективними для таких завдань, як моделювання молекул, зламування шифрування або вирішення складних задач оптимізації.

Небезпека квантових обчислень полягає в тому, що вони можуть зламати системи шифрування, які захищають наш цифровий світ, включаючи онлайн-банкінг, електронну пошту та захищені вебсайти. Конфіденційна інформація буде розкрита, фінансові системи скомпрометовані, а цифрова основа цілих галузей промисловості підірвана.

Шифрування працює шляхом перетворення конфіденційної інформації у формат, нечитабельний для тих, хто не має ключа, коду для скремблування та розшифрування даних. Багато сучасних алгоритмів шифрування спираються на односторонні функції, які набагато простіше обчислювати в одному напрямку, ніж у зворотному. Наприклад, комп'ютери можуть помножити два 40-значних простих числа за частку секунди, але для визначення множників з результату знадобиться астрономічна кількість методом грубої сили. Ця складність лежить в основі цифрової безпеки: щойно ці алгоритми шифрують рядки чисел, які комп'ютери використовують для представлення інформації, зворотна операція практично неможлива без ключа.

Однак, одночасно тестуючи величезну кількість можливих рішень, квантові комп'ютери можуть подолати цей математичний бар'єр, особливо за допомогою алгоритмів , які роблять процес ефективнішим (але все ще занадто трудомістким для класичного комп'ютера). Хоча суперкомп'ютеру можуть знадобитися мільйони років, щоб зламати сучасну криптосистему, квантовий комп'ютер з 20 мільйонами кубітів міг би виконати це завдання за вісім годин.

Алгоритм Шора, розроблений Пітером Шором у 1994 році, дозволяє квантовому комп'ютеру розкладати великі числа експоненціально швидше, ніж класичні комп'ютери, що порушило б математичну основу систем шифрування, таких як RSA, яка широко використовується для цифрової безпеки. 

За словами експертів, квантові обчислення не становитимуть загрози для криптографії щонайменше протягом 10-20 років. Ці комп'ютери складні у складанні та експлуатації. Поточні моделі містять щонайбільше 1000 кубітів, без чіткого шляху масштабування до кількості, необхідної для злому сучасних систем шифрування.

Однак, як і з будь-якою новою технологією, прориви завжди можуть бути неминучими. Уряди та великі підприємства підтримують прагнення до створення великомасштабних квантових комп'ютерів, і продовжують з'являтися вдосконалення. 

Квантові обчислення сьогодні не становлять загрози, але зловмисники можуть використовувати звичайні методи для збору даних в очікуванні появи здатного квантового комп'ютера. У стратегії під назвою «зібрати зараз, розшифрувати пізніше» (HNDL) зловмисники можуть вже красти зашифровану інформацію для декодування, коли великомасштабні квантові комп’ютери стануть широко доступними.