Ve světě, kde se kvantové počítání rychle vyvíjí, se blížíme k přelomovému bodu v informační technologii a kybernetické bezpečnosti.
Průkopnický výzkum na Harvardově univerzitě a Massachusettském technologickém institutu (MIT) odhaluje potenciál kvantových procesorů překonávat stávající výpočetní limity, což otevírá dveře k novým možnostem – a novým výzvám. Jak se tyto vývoje dotknou způsobu, jakým chráníme naše nejcitlivější data? Tento článek se zabývá nejnovějšími pokroky ve výzkumu kvantového počítání, zkoumá dopady na kybernetickou bezpečnost a zkoumá kroky, které podniká Microsoft k zajištění kvantově bezpečné budoucnosti.
Hlavní pokroky ve výzkumu kvantového počítání
- Tým z Harvardovy univerzity, ve spolupráci s MIT a společností QuEra Computing, vyvinul první programovatelný, logický kvantový procesor, schopný kódovat až 48 logických qubitů a provádět stovky logických bránkových operací.
Massachusettský technologický institut (MIT)
- Vědci z MIT předvedli novou supravodivou qubitovou architekturu s fluxoniovými qubity, která umožňuje provádět operace mezi qubity s mnohem větší přesností než dříve.
Vliv kvantového počítání na kybernetickou bezpečnost
Rizika současných šifrovacích systémů
- Kvantové počítače způsobí, že mnoho současných kryptografických algoritmů, jako je RSA-2048, bude snadno prolomeno kvůli jejich schopnosti rychle řešit problémy, které jsou pro klasické počítače příliš složité.
Příprava na kvantově bezpečné metody
- Organizace by měly začít připravovat na kvantové hrozby tím, že identifikují metody pro rychlou aktualizaci a nasazení nových šifrovacích technik, jakmile se stanou dostupnými.
Jak funguje RSA-2048 a proč se stane zranitelným
RSA-2048 je kryptografický algoritmus založený na principu veřejného klíče. Základem tohoto algoritmu je obtížnost faktorizace velkých čísel, konkrétně součinu dvou velkých prvočísel. Zde je stručný přehled, jak funguje:
- Generování klíčů: Vyberou se dva velké prvočísla (p a q) a vynásobí se, aby se vytvořilo číslo N. Velikost N (v bitech) určuje sílu klíče, v případě RSA-2048 je to 2048 bitů. Dále se vytvoří veřejný klíč (který obsahuje N a veřejný exponent) a soukromý klíč (který obsahuje N a soukromý exponent).
- Šifrování: Zpráva je převedena na číslo a to je poté zašifrováno pomocí veřejného klíče.
- Dešifrování: Zašifrovaná zpráva je dešifrována pomocí soukromého klíče.
Zranitelnost s kvantovými počítači: RSA-2048 se stává zranitelným s rozvojem kvantových počítačů z několika důvodů:
- Shorův algoritmus: V kvantových počítačích může být použit Shorův algoritmus, který je schopen efektivně faktorizovat velká čísla. To znamená, že by mohl rozložit číslo N na jeho prvočíselné faktory p a q, čímž by byl zpřístupněn soukromý klíč.
- Rychlost výpočtů: Kvantové počítače mohou provádět výpočty mnohem rychleji než klasické počítače pro některé specifické úlohy, jako je faktorizace, což zkracuje dobu potřebnou k prolomení šifrování.
Proto s pokrokem v kvantových technologiích je nutné hledat nové metody šifrování, které by byly odolné proti útokům pomocí kvantových počítačů. Jedná se například o kryptografii založenou na mřížkách nebo postkvantovou kryptografii.
Základy kvantových procesorů a qubitů
Principy kvantových procesorů
- Kvantové procesory představují zásadní rozdíl oproti klasickým procesorům díky využívání zákonů kvantové mechaniky. Základem kvantového počítání jsou qubity (kvantové bity), které na rozdíl od klasických bitů (které nabývají hodnot 0 nebo 1) mohou existovat v superpozici, umožňující jim zaujímat více stavů současně. Tato vlastnost qubitů umožňuje kvantovým počítačům provádět výpočty s výrazně vyšší rychlostí a efektivitou, neboť mohou zpracovávat velké množství dat paralelně. V posledních letech došlo k významnému nárůstu počtu qubitů v kvantových počítačích, což umožňuje provádění složitějších výpočtů a algoritmů.
Co jsou qubity
- Qubity jsou základní jednotky informace v kvantovém počítači, a jejich schopnost být ve více stavech zároveň umožňuje kvantovým počítačům provádět výpočty s výrazně vyšší rychlostí a efektivitou.
Růst počtu qubitů
- V posledních letech došlo k významnému nárůstu počtu qubitů v kvantových počítačích, což umožňuje provádění složitějších výpočtů a algoritmů.
Výzkum a vývoj v oblasti kvantových počítačů přináší nové výzvy a příležitosti pro kybernetickou bezpečnost. Průkopnické práce vedené na univerzitě Harvard a MIT ukazují, že schopnost kvantových procesorů zpracovávat informace se neustále zlepšuje. S nárůstem počtu qubitů se však zvyšuje riziko zastarávání současných kryptografických systémů, což vyžaduje proaktivní přístup v přípravě na kvantově bezpečné metody šifrování. Přechod na postkvantovou kryptografii je nezbytný, aby se zajistilo, že data zůstanou chráněna i v éře kvantových počítačů.
Post kvantová kryptografie a Microsoft
Microsoft rozpoznává výzvy spojené s nástupem kvantového počítání a jeho potenciálními dopady na kybernetickou bezpečnost. V reakci na to přijímá strategii, která zahrnuje:
- Přechod na postkvantovou kryptografii (PQC): Microsoft zdůrazňuje potřebu implementace PQC a spolupracuje s normotvornými orgány na standardizaci těchto algoritmů.
- Microsoft Quantum Safe Program: Program se zaměřuje na přechod Microsoftu na kvantově bezpečné technologie a přijetí PQC algoritmů napříč produkty, službami a datovými centry společnosti.
- Spolupráce a partnerství: Microsoft investuje do spolupráce s globálními partnery a akademickými institucemi, aby podpořil inovace v oblasti kvantové bezpečnosti. Je zapojen do projektů jako Open Quantum Safe a pracuje na vývoji a testování PQC kandidátů.
- Výzkum a vývoj: Společnost pokračuje ve výzkumu pro další vývoj bezpečnostních řešení a prozkoumává možnosti dalších klasických a kvantových technologií, jako je Quantum Key Distribution (QKD).
Tato iniciativa je součástí širšího úsilí společnosti Microsoft zajistit, aby byly její produkty a služby odolné proti kvantovým útokům a zůstaly bezpečné v budoucím kvantově bezpečném světě.
