การเข้ารหัสลับแบบหลังควอนตัมคืออะไร? ทุกสิ่งที่คุณจำเป็นต้องรู้เกี่ยวกับภัยคุกคามที่กำลังจะเกิดขึ้นนี้

ทุกครั้งที่คุณซื้อสินค้าออนไลน์ด้วยบัตรเครดิต ติดตั้งการอัปเดตบนโทรศัพท์ หรือส่งไฟล์ลับให้เพื่อนร่วมงาน โปรโตคอลความปลอดภัยทางอินเทอร์เน็ตจะช่วยปกป้องข้อมูลของคุณให้ปลอดภัย ระบบการเข้ารหัสเหล่านี้ปกป้องธุรกรรมและการสื่อสารหลายพันล้านรายการในแต่ละวัน โดยใช้อัลกอริธึมที่ยากเกินกว่าที่คอมพิวเตอร์ทั่วไปจะถอดรหัสได้ แม้แต่แฮ็กเกอร์ที่ใช้ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ทรงพลังที่สุดก็ยังต้องใช้เวลาหลายล้านปีจึงจะหาพาสเวิร์ดคีย์ที่ถูกต้องได้

แต่ด้วยอุปกรณ์ใหม่ที่เรียกว่า คอมพิวเตอร์ควอนตัม พวกเขาสามารถถอดรหัสได้ภายในไม่กี่ชั่วโมง แม้ว่าเครื่องจักรเหล่านี้จะมีศักยภาพที่จะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ค้นพบยาที่มีประสิทธิภาพสูงหรือออกแบบแบตเตอรี่ที่มีประสิทธิภาพสูงได้ แต่ก็อาจทำให้กลุ่มอาชญากรหรือแฮกเกอร์ที่ได้รับการสนับสนุนจากรัฐทำลายรากฐานของความปลอดภัยทางดิจิทัลได้เช่นกัน

แม้ว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมจะไม่ได้เป็นอันตรายในทันที แต่ภัยคุกคามนั้นมีอยู่จริง และกำลังเพิ่มมากขึ้น วิธีที่ฉลาดคือเตรียมตัวไว้ตั้งแต่ตอนนี้ ไม่ใช่มาตื่นตระหนกทีหลัง

คอมพิวเตอร์ควอนตัมเป็นเทคโนโลยีรูปแบบใหม่ที่ใช้หลักการของฟิสิกส์ควอนตัมในการแก้ปัญหาที่ยากมาก หรือแม้กระทั่งเป็นไปไม่ได้เลยสำหรับคอมพิวเตอร์ในปัจจุบัน เช่นเดียวกับคอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิม คอมพิวเตอร์เหล่านี้จัดเก็บข้อมูลโดยใช้บิต ซึ่งโดยทั่วไปจะแสดงด้วยเลข 0 และ 1

ในคอมพิวเตอร์ทั่วไป บิตเหล่านี้ถูกสร้างขึ้นโดยใช้สัญญาณไฟฟ้าที่มีสถานะเปิดหรือปิดเท่านั้น อย่างไรก็ตาม คอมพิวเตอร์ควอนตัมใช้อนุภาคขนาดเล็กที่เรียกว่าคิวบิต ด้วยคุณสมบัติทางควอนตัมที่เรียกว่าการซ้อนทับ (superposition) ทำให้คิวบิตสามารถอยู่ในสถานะผสมระหว่าง 0 และ 1 ได้ในเวลาเดียวกัน สิ่งนี้ทำให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถสำรวจวิธีแก้ปัญหาที่เป็นไปได้มากมายในคราวเดียว แทนที่จะสำรวจทีละวิธี

คอมพิวเตอร์ควอนตัมมีประสิทธิภาพสูงเพราะมันทำงานในรูปแบบที่แตกต่างจากคอมพิวเตอร์ทั่วไปอย่างสิ้นเชิง คิวบิตสามารถแทนความเป็นไปได้หลายอย่างพร้อมกัน ซึ่งหมายความว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถประมวลผลโซลูชันที่เป็นไปได้จำนวนมหาศาลได้พร้อมกัน

สิ่งนี้ส่งผลให้กำลังการประมวลผลเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว: คิวบิตใหม่แต่ละตัวจะเพิ่มจำนวนสถานะที่คอมพิวเตอร์สามารถจัดการได้เป็นสองเท่า ตัวอย่างเช่น คิวบิตสองตัวสามารถแทนชุดค่าผสมได้สี่ชุด คิวบิตสามตัวสามารถแทนชุดค่าผสมได้แปดชุด และคิวบิต 50 ตัวสามารถแทนชุดค่าผสมได้มากกว่าหนึ่งพันล้านล้านชุด ด้วยเหตุนี้ คอมพิวเตอร์ควอนตัมจึงมีศักยภาพสูงเป็นพิเศษสำหรับงานต่างๆ เช่น การจำลองโมเลกุล การถอดรหัส หรือการแก้ปัญหาการหาค่าเหมาะสมที่สุดที่ซับซ้อน

อันตรายของการคำนวณควอนตัมคือมันอาจทำลายระบบการเข้ารหัสที่ปกป้องโลกดิจิทัลของเรา ซึ่งรวมถึงการทำธุรกรรมทางการเงินออนไลน์ อีเมล และเว็บไซต์ที่ปลอดภัย ข้อมูลสำคัญจะถูกเปิดเผย ระบบการเงินจะถูกบุกรุก และโครงสร้างพื้นฐานดิจิทัลของอุตสาหกรรมทั้งหมดจะถูกทำลาย

การเข้ารหัสทำงานโดยการแปลงข้อมูลที่ละเอียดอ่อนให้เป็นรูปแบบที่ไม่สามารถอ่านได้โดยบุคคลใดก็ตามที่ไม่มีกุญแจ ซึ่งเป็นรหัสสำหรับเข้ารหัสและถอดรหัสข้อมูล อัลกอริทึมการเข้ารหัสจำนวนมากในปัจจุบันอาศัยฟังก์ชันทางเดียว ซึ่งคำนวณได้ง่ายกว่ามากในทิศทางเดียวเมื่อเทียบกับการคำนวณในทิศทางตรงกันข้าม ตัวอย่างเช่น คอมพิวเตอร์สามารถคูณจำนวนเฉพาะ 40 หลักสองจำนวนได้ในเวลาเพียงเสี้ยววินาที แต่จะต้องใช้การเดาแบบใช้กำลังมหาศาลเพื่อหาตัวประกอบจากผลลัพธ์นั้น ความยากลำบากนี้เป็นพื้นฐานของความปลอดภัยทางดิจิทัล: เมื่ออัลกอริธึมเหล่านี้เข้ารหัสสตริงตัวเลขที่คอมพิวเตอร์ใช้ในการแสดงข้อมูลแล้ว การย้อนกลับการดำเนินการนั้นแทบจะเป็นไปไม่ได้เลยหากไม่มีกุญแจ

อย่างไรก็ตาม ด้วยการทดสอบวิธีการแก้ปัญหาที่เป็นไปได้จำนวนมหาศาลพร้อมกัน คอมพิวเตอร์ควอนตัมอาจสามารถทำลายขีดจำกัดทางคณิตศาสตร์นี้ได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งด้วยความช่วยเหลือของ อัลกอริธึม ที่ทำให้กระบวนการมีประสิทธิภาพมากขึ้น (แต่ก็ยังใช้เวลานานเกินไปสำหรับคอมพิวเตอร์แบบคลาสสิก) ในขณะที่ซูเปอร์คอมพิวเตอร์อาจต้องใช้เวลาหลายล้านปีในการถอดรหัสระบบเข้ารหัสสมัยใหม่ แต่คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีคิวบิต 20 ล้านตัวสามารถทำภารกิจนี้ให้สำเร็จได้ภายในแปดชั่วโมง

อัลกอริทึมของชอร์ ซึ่งพัฒนาโดยปีเตอร์ ชอร์ ในปี 1994 ช่วยให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถแยกตัวประกอบจำนวนขนาดใหญ่ได้เร็วกว่าคอมพิวเตอร์แบบคลาสสิกอย่างมาก ซึ่งจะทำลายรากฐานทางคณิตศาสตร์ของระบบการเข้ารหัส เช่น RSA ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านความปลอดภัยทางดิจิทัล 

ผู้เชี่ยวชาญระบุว่า คอมพิวเตอร์ควอนตัมจะไม่เป็นภัยคุกคามต่อการเข้ารหัสลับอย่างน้อยในอีก 10 ถึง 20 ปีข้างหน้า คอมพิวเตอร์เหล่านี้ประกอบและใช้งานได้ยาก โมเดลปัจจุบันมีจำนวนคิวบิตสูงสุด 1,000 ตัว และยังไม่มีแนวทางที่ชัดเจนในการขยายขนาดให้ถึงจำนวนที่จำเป็นต่อการถอดรหัสระบบการเข้ารหัสในปัจจุบัน

อย่างไรก็ตาม เช่นเดียวกับเทคโนโลยีใหม่ๆ การค้นพบครั้งสำคัญอาจเกิดขึ้นได้เสมอ รัฐบาลและองค์กรขนาดใหญ่ต่างให้การสนับสนุนความพยายามในการสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมขนาดใหญ่ และความก้าวหน้าต่างๆ ก็ยังคงปรากฏให้เห็นอย่างต่อเนื่อง 

ปัจจุบันคอมพิวเตอร์ควอนตัมยังไม่ใช่ภัยคุกคาม แต่ผู้ไม่ประสงค์ดีอาจใช้วิธีการแบบดั้งเดิมในการเก็บรวบรวมข้อมูลโดยคาดการณ์ว่าจะมีคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีประสิทธิภาพสูงในอนาคต ในกลยุทธ์ที่เรียกว่า “เก็บเกี่ยวข้อมูลก่อน ถอดรหัสทีหลัง” (HNDL) ผู้โจมตีอาจเริ่มขโมยข้อมูลที่เข้ารหัสไว้เพื่อถอดรหัสเมื่อคอมพิวเตอร์ควอนตัมขนาดใหญ่พร้อมใช้งานอย่างแพร่หลายแล้ว