Mi az a posztkvantum-kriptográfia? Minden, amit erről a fenyegető veszélyről tudni kell

Minden alkalommal, amikor online vásárol a hitelkártyájával, frissítést telepít a telefonjára, vagy bizalmas fájlt küld egy munkatársának, az internetes biztonsági protokollok segítenek az adatok biztonságában. Ezek a titkosítási rendszerek naponta több milliárd tranzakciót és kommunikációt védenek, és olyan algoritmusokat használnak, amelyeket a hagyományos számítógépek számára túl nehéz feltörni. Még a legerősebb szuperszámítógépet használó hackernek is évmilliókra lenne szüksége ahhoz, hogy rátaláljon a megfelelő kulcsra.

Egy új, kvantumszámítógépnek nevezett eszközzel azonban órák alatt meg tudnák fejteni a kódot. Miközben ezek a gépek segíthetnek a tudósoknak a leghatásosabb gyógyszerek felfedezésében vagy a nagy hatékonyságú akkumulátorok tervezésében, lehetővé tehetik a bűnszövetkezetek vagy az államilag támogatott hackerek számára, hogy a digitális biztonság alapkövét is megroppantsák.

Bár a kvantumszámítógépek nem jelentenek közvetlen veszélyt, a fenyegetés valós - és egyre nő. Az okos lépés az, ha most készülsz fel, nem pedig később pánikolsz.

A kvantumszámítógépek egy újfajta technológia, amely a kvantumfizika elveit használja fel olyan problémák megoldására, amelyek megoldása a mai számítógépek számára rendkívül nehéz - vagy akár lehetetlen -. A hagyományos számítógépekhez hasonlóan ezek is bitek segítségével tárolják az információkat, amelyeket általában 0 és 1 jelek formájában ábrázolnak.

Egy hagyományos számítógépben ezeket a biteket elektromos jelek segítségével hozzák létre, amelyek vagy be- vagy kikapcsolnak. A kvantumszámítógépek azonban apró részecskéket, úgynevezett qubiteket használnak. A szuperpozíciónak nevezett kvantumtulajdonságnak köszönhetően a qubitek egyszerre lehetnek 0 és 1 vegyesen. Ez lehetővé teszi a kvantumszámítógépek számára, hogy egyszerre több lehetséges megoldást vizsgáljanak meg, nem pedig egyet-egyet.

A kvantumszámítógépek azért nagy teljesítményűek, mert teljesen másképp működnek, mint a hagyományos számítógépek. A kvubitok egyszerre több lehetőséget is képesek reprezentálni, ami azt jelenti, hogy egy kvantumszámítógép egyszerre rengeteg lehetséges megoldást képes feldolgozni.

Ez a számítási teljesítmény exponenciális növekedéséhez vezet: minden egyes új qubit megduplázza a számítógép által kezelhető állapotok számát. Például két qubit négy kombinációt, három qubit nyolc kombinációt, 50 qubit pedig több mint egy kvadrillió kombinációt képviselhet. A kvantumszámítógépek így különösen ígéretesek az olyan feladatokhoz, mint a molekulák szimulációja, a titkosítás feltörése vagy az összetett optimalizálási problémák megoldása.

A kvantumszámítástechnika veszélye az, hogy feltörheti a digitális világunkat - beleértve az online banki szolgáltatásokat, az e-maileket és a biztonságos weboldalakat - védő titkosítási rendszereket. Érzékeny információk kerülnének nyilvánosságra, a pénzügyi rendszerek veszélybe kerülnének, és egész iparágak digitális gerincét ásnák alá.

A titkosítás úgy működik, hogy az érzékeny információkat olyan formátumba alakítja át, amely olvashatatlan bárki számára, aki nem rendelkezik a kulccsal, az adatok titkosítására és visszafejtésére szolgáló kóddal. Számos mai titkosítási algoritmus egyirányú függvényekre támaszkodik, amelyeket sokkal egyszerűbb kiszámítani az egyik irányba, mint a másik irányba. A számítógépek például a másodperc tört része alatt képesek két 40 számjegyű prímszámot összeszorozni, de csillagászati mennyiségű nyers erővel történő találgatásra lenne szükség ahhoz, hogy az eredményből meghatározzák a faktorokat. Ez a nehézség képezi a digitális biztonság alapját: Miután ezek az algoritmusok titkosítják a számítógépek által az információ ábrázolására használt számsorokat, a művelet visszafordítása kulcs nélkül szinte lehetetlen.

A kvantumszámítógépek azonban a lehetséges megoldások nagyszámú egyidejű tesztelésével áttörhetik ezt a matematikai akadályt, különösen olyan algoritmusok segítségével, amelyek hatékonyabbá teszik a folyamatot (de még mindig túl időigényesek egy klasszikus számítógép számára). Míg egy szuperszámítógépnek több millió évre lenne szüksége egy modern kriptorendszer feltöréséhez, addig egy 20 millió qubittal rendelkező kvantumszámítógép nyolc óra alatt elvégezhetné a feladatot.

A Peter Shor által 1994-ben kifejlesztett Shor-algoritmus lehetővé teszi, hogy egy kvantumszámítógép exponenciálisan gyorsabban faktoráljon nagy számokat, mint a klasszikus számítógépek, ami megtörné az olyan titkosítási rendszerek matematikai alapjait, mint az RSA, amelyet széles körben használnak a digitális biztonsághoz. 

A szakértők szerint a kvantumszámítástechnika még legalább 10-20 évig nem jelent fenyegetést a kriptográfiára. Ezeket a számítógépeket nehéz megépíteni és üzemeltetni. A jelenlegi modellek legfeljebb 1000 qubitet tartalmaznak, és nincs egyértelmű út a mai titkosítási rendszerek feltöréséhez szükséges számok eléréséhez.

Azonban, mint minden feltörekvő technológia esetében, az áttörés mindig küszöbön állhat. Kormányok és nagyvállalatok támogatják a nagyméretű kvantumszámítógépek építésére irányuló törekvéseket, és folyamatosan jelennek meg fejlesztések. 

A kvantumszámítástechnika ma még nem jelent fenyegetést, de a rosszfiúk hagyományos módszereket használhatnak adatgyűjtésre egy alkalmas kvantumszámítógépet megelőzve. A "most betakarítani, később visszafejteni" (HNDL) elnevezésű stratégia keretében a támadók már most is lophatnak titkosított információkat, hogy azokat dekódolják, amikor a nagyméretű kvantumszámítógépek széles körben elérhetővé válnak.