Kako nadmudriti računalo koje bi uskoro moglo nadmašiti sve što smo ikada izgradili? To je izazov s kojim se suočavaju istraživači koji rade na izgradnji naše obrane od nadolazećeg doba kvantnog računalstva.
POGLEDAJTE VIDEO:
Kvantna računala obećavaju ogroman skok u računalnoj snazi, ali će također donijeti rizike. Njihove mogućnosti probijanja šifri mogle bi vladama ili kriminalcima omogućiti presretanje internetske komunikacije i krađu osjetljivih podataka. Ta je prijetnja bliža nego što se čini.
Prema profesoru Marcosu Curtyju, vodećem stručnjaku za kvantnu komunikaciju i kriptografiju, postoji razumna vjerojatnost da bi se prva takva računala mogla pokrenuti u sljedećih 10 do 15 godina. Moramo se početi pripremati odmah.
„Želimo biti sigurni da se poruke i dalje mogu sigurno slati bez da netko ima pristup tim informacijama, bilo sada ili u bliskoj budućnosti”, rekao je.
Obuka za budućnost
Curty je profesor komunikacijskog inženjerstva na Sveučilištu u Vigu u Španjolskoj i znanstveni direktor tamošnjeg Centra za kvantnu komunikaciju Vigo (VQCC).
Uz djelomično financiranje EU-a, VQCC je službeno započeo s radom u siječnju 2022. To je ključna točka europske kvantne komunikacijske infrastrukture – vodeće inicijative EU-a da izgradi sigurnu kvantnu komunikacijsku infrastrukturu diljem Europe.
Cilj je učiniti Vigo međunarodnim središtem za kvantno sigurne komunikacije. U skladu s tom ambicijom, Curty koordinira mrežu za obuku pod nazivom Quantum Safe Internet (QSI) koju financira EU za razvoj kvantno otporne kriptografije i tehnologija za kvantnu raspodjelu ključeva.
Okupljajući istraživače iz pet zemalja EU-a, kao i iz Kanade, Japana, Švicarske, Ujedinjene Kraljevine i SAD-a, mreža namjerava osposobiti mlade kriptografe za izazove svijeta kvantnog računalstva.
Vrijeme istječe
Dolazak kvantnih računala možda ćemo čekati još nekoliko godina, ali rizici su već prisutni.
„Jedan od naših najvećih problema s kriptografijom je koncept ‘pohrana sada, dešifriranje kasnije’”, rekla je Silvia Ritsch, doktorska kandidatkinja na Tehnološkom sveučilištu u Eindhovenu u Nizozemskoj. „Netko bi danas mogao pohraniti vaše šifrirane poruke i pričekati dok ne bude imao alate kojima će im u budućnosti moći pristupiti.”
Ideja je jednostavna, ali ozbiljna. Treće strane mogu presresti i pohraniti šifrirane podatke sada i pričekati da u budućnosti budu dostupni snažniji alati za dešifriranje, kao što su kvantna računala. Kada budu imali te alate, mogu dešifrirati pohranjene podatke, koji u tom trenutku i dalje mogu biti osjetljivi ili vrijedni.
Tu na scenu stupaju kriptografi. Oni proučavaju, osmišljavaju i testiraju nove metode zaštite podataka. Njihova uloga imat će dodatnu važnost u kontekstu kvantnog računalstva.
Prema Curtyju, nadogradnja digitalne infrastrukture koja štiti komunikacije mogla bi potrajati od pet do sedam godina, što čini ranu pripremu i poboljšanja u kriptografiji ključnima.
Alati koji prate razvoj tehnologije
Kodovi nisu ništa novo. Julije Cezar upotrebljavao je jednostavnu šifru temeljenu na abecedi kako bi prikrio vojne informacije. S vremenom su se ovi jednostavni sustavi razvili u složene kriptografske metode na koje se danas oslanjamo, štiteći sve od mrežnog plaćanja do osobnih zdravstvenih podataka.
„Zaštita tajni tvrtke od stranog digitalnog špijuniranja postat će još relevantnija u budućnosti”, rekao je Curty. „A zabrinutost za osobnu privatnost postaje sve izraženija, posebno nakon nedavnih otkrića zviždača o masovnom nadzoru.”
Današnji sustavi šifriranja oslanjaju se na matematičke zagonetke koje je lako riješiti privatnim ključem, ali su iznimno teške za razrješenje bez njega. Ove zagonetke čine okosnicu sigurne mrežne komunikacije. No kako se kvantne računalne sposobnosti razvijaju, može ih biti lakše probiti.
Postoje dva moguća rješenja: kvantna kriptografija temeljena na kvantnoj mehanici i postkvantna kriptografija koja se oslanja na napredne matematičke algoritme.
Kvantna slagalica
Još jedan član tima mreže QSI je Alex Grilo, iskusni istraživač kriptografije u francuskom Nacionalnom centru za znanstvena istraživanja sa sjedištem na Sveučilištu Sorbonne u Parizu u Francuskoj. Specijalizirao se za izradu kvantnih protokola šifriranja javnim ključem i dijeljenja tajni te upozorava na potencijalne opasnosti.
„Ako zlonamjerna strana probije našu trenutačnu kriptografiju s pomoću kvantnog računala, sve naše privatne informacije odjednom će postati ranjive”, rekao je.
To su loše vijesti. Dobra strana kvantne tehnologije je u tome što također može ponuditi rješenja za ovaj problem.
Kvantna kriptografija upotrebljava principe kvantne mehanike kako bi omogućila sigurnu komunikaciju. Jedna od prednosti kvantnih sustava je što se informacije ne mogu izmjeriti ili kopirati a da se pritom ne promijene, što znači da se pokušaji prisluškivanja mogu otkriti.
„Svaki pokušaj prisluškivača da pristupi informacijama kodiranim u kvantnom stanju neizbježno će poremetiti to stanje”, rekao je Curty.
Metoda upotrebljava niz svjetlosnih impulsa koji djeluju kao napredni Morseov kod koji se ne može presresti bez poremećaja.
„Ako pokušate kopirati kvantnu česticu, poremetit ćete tu česticu”, objasnio je Alessandro Marcomini, doktorski kandidat na Sveučilištu u Vigu. U svojem se istraživanju usredotočuje na uporabu kvantnih sustava za sigurno dijeljenje kriptografskih ključeva, a ne na samu poruku.
Postkvantna kriptografija, s druge strane, ne oslanja se na kvantnu fiziku, već umjesto toga razvija nove matematičke algoritme dizajnirane tako da ih kvantna računala teško mogu riješiti. To je područje na koje je Ritsch usmjerila svoja doktorska istraživanja.
„Kvantna računala funkcioniraju vrlo različito od klasičnih računala pa to zahtijeva da doista drugačije razmišljamo o problemima”, rekla je. To uključuje osmišljavanje nelinearnih problema i promjene paradigmi koje će zbuniti kvantna računala.
Izgradnja globalne obrane
Jasno je da je to pitanje od globalnog značaja, a međunarodna razmjena i suradnja ključne su za rad tima mreže QSI, ne samo unutar Europe, već i izvan nje.
Ritsch je nedavno posjetila Sveučilište u Amsterdamu kako bi produbila svoju stručnost u kriptografiji. Marcomini je 2024. godine proveo tri mjeseca na Sveučilištu Toyama u Japanu, gdje je radio zajedno s japanskim stručnjacima za kvantnu komunikaciju. Daljnja razmjena planirana je u 2025. godini.
I Marcomini i Grilo udružit će se s japanskim partnerima kako bi predstavili svoj rad na izložbi Expo 2025. u Osaki u Japanu. Kroz razgovore na japanskom i engleskom jeziku, interaktivne demonstracije i igre za djecu, cilj im je podići svijest o kvantnim prijetnjama i predstaviti kreativne umove koji rade na suprotstavljanju tim prijetnjama.
Kvantna računala možda su još desetljeće udaljena od široke uporabe, ali utrka za osiguranjem interneta već je počela.
Autor: Anthony King
Više informacija:
- QSI
- Internetska stranica mreže QSI
- Digitalna strategija EU-a
- Strategija EU-a za kibernetičku sigurnost
- Europska kvantna komunikacijska infrastruktura (EuroQCI)
- EU na izložbi Expo 2025.
Istraživanja u ovom članku financira program Marie Skłodowska-Curie Actions (MSCA). Stavovi sugovornika ne odražavaju nužno stavove Europske komisije.
Ovaj je članak izvorno objavljen u časopisu Horizon, časopisu za istraživanje i inovacije EU-a