Кот Шредингера поможет взломать любой компьютер: как защититься от квантовой угрозы

С 1977 года ученые используют такие методы шифрования, как метод Ривеста — Шамира — Адлемана (Rivest, Shamir, Adleman — RSA) для безопасной передачи данных. Однако уже в 2023 году он оказался под угрозой, т.к. современные квантовые компьютеры способны его взломать. Чтобы этому воспрепятствовать, исследователи из Национального института стандартов и технологий (США) придумали особый способ защиты, передает Interesting engineering.

Как постквантовая криптография поможет защитить данные

RSA — это криптографический алгоритм с открытым ключом, основывающийся на вычислительной сложности задачи факторизации больших целых чисел. RSA используется не только для шифрования информации, но и для защиты цифровой подписи. Однако современные квантовые компьютеры вполне способны с ним справится. Чтобы обезопасить данные от умных квантовых машин, ученые разрабатывают метод постквантовой криптографии (post-quantum cryptography — PQC).

В будущем правительственным учреждениям и частным фирмам придется осуществить переход с RSA на PQC, чтобы противостоять потенциальным квантовым угрозам. Это потребует много времени и затрат, считает Билл Ньюхаус, старший инженер по кибербезопасности Национального института стандартов и технологий. Он отметил, что ПО, защищающее данные методом PQC, должно получить сертификат FIPS (Федеральный стандарт обработки информации), а до тех пор внедрять новый шифр не стоит. Также Ньюхаус отметил, что в данный момент разрабатываются 4 таких программы.

Как работает квантовый компьютер и при чем тут кот Шредингера

Квантовые компьютеры используют кубиты — субатомные частицы, способные находиться в нескольких состояниях одновременно — ноля и единицы, между нолем и единицей (такое состояние называется суперпозицией — ред.).

Состояние суперпозиции хорошо описано в мысленном эксперименте австрийского физика-теоретика Эрвина Шредингера, в котором гипотетический кот, заключенный в ящик с флаконом с ядом, считается одновременно живым и мертвым, пока за ним никто не наблюдает. Этот эксперимент подчеркивает своеобразное поведение квантовых систем, в которых частицы могут существовать в нескольких состояниях, пока их не наблюдают или не измеряют.

Квантовые компьютеры используют это уникальное свойство для выполнения вычислений повышенной сложности, превосходящих возможности классических компьютеров. Эта способность выполнять вычисления в нескольких состояниях одновременно дает квантовым компьютерам возможность решать весьма сложные проблемы, включая задачи, которые считаются весьма сложными для классических компьютеров. И одной из таких непосильных задач является взлом алгоритмов шифрования RSA.

"Нам нужно защитить буквально все: от коммутаторов и маршрутизаторов и до систем вооружения", — заявила Ванда Джонс-Хит, главный советник по кибербезопасности ВВС США. — "Если мы не завершим разработки в области постквантового шифрования в ближайшее время, мы рискуем быть взломанными".