Bezpečnosť moderného internetu stojí na matematických základoch, ktoré by klasickým superpočítačom trvalo prelomiť tisíce rokov. Nová štúdia ukazuje, že kvantové počítače a šifrovanie typu RSA smerujú ku konfrontácii oveľa rýchlejšie, než sme si mysleli. Francúzski výskumníci prišli s architektúrou, ktorá zásadne mení doterajšie odhady potrebných zdrojov.
Webová bezpečnosť, prístupy k bankovým účtom aj šifrovaná správa osobných údajov sa spoliehajú na kryptografické štandardy, pri ktorých by klasické superpočítače museli bežať tisíce rokov, aby ich dokázali prelomiť. Najrozšírenejší systém RSA-2048 stavia svoju odolnosť na násobení dvoch obrovských prvočísel, čím vytvára číselný modul s dĺžkou až 617 číslic. Ak chce útočník šifrovanie prelomiť, musí spätne nájsť tieto dve prvočísla prostredníctvom faktorizácie.
Prečítaj si tiežČo je to kvantový entanglement či kvantové prepletenie?
Čo je to kvantové prepletenie? Kvantový entanglement, známy aj ako kvantové prepletenie, je jav v kvantovej fyzike, pri ktorom sa dve alebo viac častíc dostanú do stavu, kde je ich fyzikálny stav navzájom prepojený bez ohľadu na vzdialenosť medzi nimi. Zmena stavu jednej častice okamžite ovplyvní stav druhej, aj keď sa nachádzajú svetelné roky od […]...
Základným nástrojom na prelomenie asymetrického šifrovania zostáva Shorov algoritmus z roku 1994, ktorý dokáže exponenciálne zrýchliť faktorizáciu veľkých čísel. Kvantové výpočty však dlhé roky narážali na technickú prekážku: vysokú chybovosť qubitov a nesmierne nároky na rozsah výpočtového hardvéru. Najnovší výskum francúzskej spoločnosti Alice & Bob, publikovaný v štúdii na platforme Cryptology ePrint Archive, však ukazuje, že hranica prelomenia je podstatne bližšie, než odborníci doteraz predpokladali.
Bezpečnostný pilier internetu pod tlakom kvantovej matematiky
Vývoj v oblasti kvantových odhadov napreduje míľovými krokmi. Zatiaľ čo v roku 2019 sa odhadovalo, že na prelomenie RSA bude potrebných až 20 miliónov qubitov, v roku 2025 výskumníci z Google Quantum AI znížili túto hranicu pod jeden milión. Tím okolo parížskej firmy Alice & Bob teraz publikoval podrobný prepočet zdola nahor, podľa ktorého stačí na rovnakú úlohu len zlomok pôvodne očakávaných zdrojov. Rozdiel však nespočíva iba v efektívnejších výpočtoch, ale predovšetkým v použití odlišnej technológie qubitov.
Prečítaj si tiežKvantová teleportácia funguje. Kvantový internet sa zmestí do klasického
Vedci z Northwestern University dosiahli historický míľnik. Prvýkrát sa im podarilo preniesť kvantový stav svetla cez bežne využívané internetové vlákna. Bez toho, aby museli budovať špeciálnu infraštruktúru, dokázali zabezpečiť kvantovú teleportáciu na vzdialenosť 30 kilometrov počas plnej prevádzky klasickej dátovej komunikácie...
Výrazný posun súvisí najmä s prechodom od klasických supravodivých qubitov (známych ako transmon) k takzvaným mačacím qubitom (cat qubits). Tento koncept dostal pomenovanie po slávnom myšlienkovom experimente so Schrödingerovou mačkou. Mačací qubit je tvorený fotónmi uväznenými v miniatúrnom kovovom rezonátore. Vďaka svojej vlnovej povahe dokáže prirodzene a exponenciálne potláčať takzvané chyby prevrátenia bitu (bit-flip errors), pričom druhý typ chýb (phase-flip errors) rastie iba lineárne. Pre výskumníkov to znamená výrazné zjednodušenie opravy chýb v kvantovom systéme.
Realita súčasného hardvéru a časový horizont hrozby
Aj napriek teoretickému prielomu je dôležité zdôrazniť, že kvantové počítače a šifrovanie zatiaľ nie sú v priamom fyzickom strete, keďže dostatočne veľký stroj doteraz nikto nepostavil. Najväčšie súčasné fyzické pole qubitov má na Kalifornskom technologickom inštitúte (Caltech) 6 100 qubitov zachytených lasermi, ide však o experimentálne pole a nie o úplne funkčný výpočtový počítač. Spracovanie kvantových dát naráža na náročné chladenie čipov na teploty blízke absolútnej nule a problém so stabilizáciou výpočtu.
Prečítaj si tiežTicho, teplo, mikrovlny. Kvantová presnosť zlomila rekord
Fyzici z University of Oxford dosiahli prelomový svetový rekord v oblasti kvantových výpočtov. Kvantová logická operácia s chybovosťou len 0,000015 %, teda jedna chyba na 6,7 milióna operácií je zásadný prelom...
Výskum v oblasti kvantových komunikácií a bezpečnosti napriek tomu napreduje aj na iných frontoch. Ako ukázal skorší pokus na Northwestern University, kvantová teleportácia svetla funguje aj v bežných optických sieťach bez nutnosti budovať novú infraštruktúru. V prípade mačacích qubitov sa výskumníkom z Alice & Bob nedávno podarilo dosiahnuť priemerný čas stability proti bit-flip chybám až 44 minút pri použití 11 fotónov v rezonátore. Podľa odhadov správy portálu ScienceAlert by sa prvé stroje schopné ohroziť RSA šifrovanie mohli objaviť už začiatkom 30. rokov 21. storočia.
Koľko qubitov a času v skutočnosti treba na prelomenie RSA
Presné čísla z najnovšej analýzy ukazujú, aká tenká je hranica medzi teoretickým výskumom a praktickou hrozbou pre internetové šifrovanie. Podľa najnovšieho výpočtu by na prolomenie kľúča RSA-2048 postačovala zostava s 22 593 mačacími qubitmi, pričom celý výpočet by trval iba 3,14 dňa. Ide o doteraz najmenšiu a zároveň najrýchlejšiu publikovanú architektúru pre tento typ výpočtu.
Prečítaj si tiežExkluzívny rozhovor s prof. Ballom: Možno vznikne hybrid medzi klasickým a kvantovým počítačom
Pojmy kvantový počítač alebo kvantové počítanie sú známe, ale málokto im rozumie. Rozprávali sme sa s profesorom Petrom Ballom z Ústavu jadrového a fyzikálneho inžinierstva STU v Bratislave, ktorý nám dal odpovede. Na konci článku nájdete bonus v podobe vysvetlenia pre desaťročného nadšenca....
Výskumníci navyše namodelovali aj scenár paralélneho prepojenia. Ak by sa spojilo 10 kvantových počítačov do celkového počtu 610 530 mačacích qubitov, šifrovanie RSA-2048 by bolo prelamované za neuveriteľných 1,25 hodiny. Štúdia sa zamerala aj na kryptografiu na základe eliptických kriviek, ktorú využívajú digitálne peňaženky Bitcoinu.
Na jej prekonanie by postačovalo 29 588 mačacích qubitov a čas 61,8 minúty. Hoci transakcie Bitcoinu prebiehajú v 10-minútových blokoch, čo útočníkom zatiaľ neumožňuje odchytiť kryptomenu priamo počas prevodu, čísla jasne ukazujú, že prechod na post-kvantovú kryptografiu je otázkou najbližších rokov.
