Zelfs voor kwantumcomputers is het vinden van een creditcardcode een probleem

computers Het zijn zeer nuttige metgezellen: ze maken het mogelijk om veel van de problemen op te lossen waarmee we worden geconfronteerd. Gelukkig zijn er ook problemen buiten hun bereik. Laten we eens nadenken over onze credits: het zou moeilijk zijn voor een computer om onze code te vinden… Dit is precies de dreiging die nu uitgaat van een kwantumcomputer, een nieuw type computer dat momenteel wordt ontworpen en gebaseerd is op de wetten van de kwantumfysica.

Gelukkig betekent deze nieuwe computer niet het einde van de beveiliging met betrekking tot onze creditcards en digitale beveiliging in het algemeen. Er zijn inderdaad moeilijke problemen, zelfs voor een kwantumcomputer. Quantum Post-Cryptography stelt specifiek voor om het te bestuderen en te exploiteren om onze digitale veiligheid van morgen te verzekeren!

PC’s Limited: leen de trofee

Ons leven is tegenwoordig doorspekt met computers. De reden voor het succes van deze moderne machines is heel eenvoudig: ze helpen ons om veel alledaagse problemen snel op te lossen. Hoe vind je bijvoorbeeld, gegeven een wegenkaart of een geografische kaart, de kortste weg om van punt A naar punt B te komen? Het antwoord is uiteindelijk heel eenvoudig: laten we het vragen smartphone ! Deze kleine computers kunnen heel snel “alle” mogelijke paden berekenen en reageren daarom direct op ons. Vanaf dat moment hoef je maar één stap dichterbij te denken dat onze kameraden bijna elk denkbaar probleem kunnen oplossen…

Helaas is dat niet het geval. Computers zijn zeer beperkt zo snel. Neem een ​​kopje koffie die op een ochtend uit onze handen valt. Zal onze smartphone kunnen voorspellen hoeveel stukjes onze favoriete beker zal breken? De taak lijkt uitdagend, zelfs met een speciale app. In feite zal het erg lang duren voordat onze telefoon zo’n simulatie uitvoert en zelfs een supercomputer zal niet genoeg zijn: het aantal dimensies dat bij dit probleem betrokken is, is te groot.

De oplossing moet niet gezocht worden in de technologische ontwikkeling. Zelfs als we de verwachtingen van beroemdheden overtreffen De wet van Mor (die elke twee jaar een verdubbeling van onze rekenkracht voorspelt), moeten we nog honderden jaren wachten voordat we een bevredigend antwoord op ons probleem kunnen geven. We hebben op zijn beurt een eenvoudige manier om het te beantwoorden zonder onze toevlucht te nemen tot technologie: buig gewoon voorover en tel de stukjes. Het is zeker een inspannende oefening, maar het voelt alsof we in de touwen zitten…

Deze trofee-metafoor is geïnspireerd door A Video door Richard BorchardsFields-medaille, als reactie op recente verklaringen van kwantumsuprematie, d.w.z. prestaties door een kwantumcomputer voor een taak die ontoegankelijk is voor een klassieke computer (die we later zullen bespreken).

Het feit dat er echter problemen zijn die een computer, en zelfs alle terrestrische computers samen, niet in een redelijke tijd kunnen oplossen, is het grondbeginsel van veel van de moderne cryptografie en het geheim van de wetenschap dat ons in staat stelt digitaal veilig te zijn. Er zijn veel problemen die zogenaamd in deze categorie vallen, waarvan de meest bekende in cryptografie de zogenaamde Factoring van gehele getallen en discrete logaritmen. Een heel deel van digitale beveiliging hangt af van hoe moeilijk deze problemen zijn, zoals creditcards, updates van onze software, enz.

Er is nog geen werkende kwantumcomputer

Helaas wijzen vorderingen in de kwantumfysica op de komst van een nieuw hulpmiddel dat de exacte volgorde zou kunnen verstoren: de kwantumcomputer. Deze “nieuwe generatie” computer, die weinig met onze computers te maken heeft, zal werken door de bits te vervangen, die 0 en 1 die de universele taal vormen van alle machines over de hele wereld, door Qbitde resulterende objecten uit de principes van de kwantumfysica die zowel 0 als 1 in een “superpositie” vertegenwoordigen.

Dit fundamentele verschil biedt krachtige nieuwe algoritmemogelijkheden, zoals uitgelegd door P. Shor in 1994, door te bewijzen dat een werkende kwantumcomputer (dat wil zeggen een reeks qubits waarin men een bepaald aantal vooraf bepaalde bewerkingen kan uitvoeren) in staat was discrete logaritmen en factorproblemen veel efficiënter op te lossen dan welke conventionele computer dan ook. Vaarwel onze creditcards! Sindsdien zijn er andere gebieden ontdekt waar kwantumcomputers revolutionair zouden kunnen blijken, deze keer positiever. Dit is bijvoorbeeld het geval in de chemie, waar kwantumberekening het mogelijk kan maken om te verbeteren modellering van molecuultoestanden.

Voor meer

Vandaag hebben we nog lang geen bestand werkende kwantumcomputer : Deze beroemde qubits zijn moeilijk om mee te werken en er is nog een lange weg te gaan in theorie en praktijk. De verklaringen van kwantumsuprematie waar we het eerder over hadden, dat wil zeggen het uitvoeren van een taak met een kwantumcomputer buiten het bereik van alledaagse computers, gingen eigenlijk over problemen die specifiek waren ontworpen om het voor een kwantumcomputer gemakkelijker te maken dan voor een klassieke een. De meest veelbelovende toepassingen van kwantumcomputers, bijvoorbeeld het doorbreken van onze digitale beveiliging, liggen momenteel buiten het bereik van de meest geavanceerde gamers.

De inspanningen die zijn geïnvesteerd in het nastreven van kwantumsuprematie op missieniveau, en een echte race tussen de grote spelers op dit gebied, zoals Google of IBM. Daarom moet de dreiging voor cryptografische ontwerpers niet worden onderschat: We zien een werkende kwantumcomputer aankomen Binnen tien jaar.

Post-kwantumcryptografie: wat is het?

“Is dit dan het einde van cryptografie? Dan kunnen we ons afvragen. Gelukkig is het antwoord op deze vraag waarschijnlijk nee. Want net als klassieke computers zijn kwantumcomputers niet helemaal krachtig. Dat is precies de veronderstelling dat een nieuwe tak van cryptografie : Post-Quantum Cryptografie Dit project heeft tot doel nieuwe wiskundige problemen te bestuderen die zowel een uitdaging kunnen zijn voor klassieke computers als voor kwantumcomputers.

Onlangs lanceerde NIST, het American Institute for Standardization, een wedstrijd met als doel het identificeren en verenigen veelbelovende kandidaten. Na een aantal opeenvolgende skimmingsrondes is de competitie binnenkort afgelopen en zullen in de komende maanden de eerste oplossingen worden aangekondigd die onderhevig zijn aan standaardisatie. Onder de vele aanvankelijke voorstellen bevonden zich verschillende grote families, waarvan de meest prominente ongetwijfeld cryptografische gegevens zijn Gebaseerd op Euclidische netwerken en debug-symboleneen combinatie van efficiëntie, compactheid en goede ervaring met elementaire wiskundige problemen.

In zowel traditionele cryptografie als kwantumpost-hoccodering is niets statisch. We kunnen niet uitsluiten dat we morgen of over zes maanden of een jaar een groep individuen zien aankomen met een nieuw algoritme dat het mogelijk maakt een probleem op te lossen waarvan de kwantumpostcryptie afhankelijk is. We hebben hier onlangs het bewijs van gekregen met een van de laatste protocollen in de NIST-competitie, waarvan de veiligheid zojuist ernstig in twijfel is getrokken door aanvallenwaaruit blijkt dat de digitale veiligheid die uit een dergelijk systeem voortvloeit niet gegarandeerd is.

Voor meer

Dit is absoluut waar, want post-kwantumcryptografie zou moeten beschermen tegen een veel ernstiger dreiging: de kwantumcomputers zelf! Maar we begrijpen nog lang niet alle mogelijkheden van deze nieuwe machines. Dit rechtvaardigt de behoefte aan back-upoplossingen en daarom zijn er andere groepen wiskundige objecten zoals systemen multivariaat of homozygoot Het wordt ook nauw bestudeerd.

Kortom, het inrichten van onze toekomstige digitale veiligheid roept nog veel vragen op! Zoals blijkt uit de NIST-oproep, werken wetenschappers er hard aan om oplossingen te leveren die veilig en effectief zijn en binnen de komende jaren klaar zijn voor implementatie op onze computers en smartphones.

Thomas Depress AllazardOnderzoeker in algoritmetheorie, programmeren en cryptografie, Enria En de Antonin LeroPromovendus in algoritmetheorie, programmeren en cryptografie, Enria

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd van Gesprek Onder Creative Commons-licentie. Lees deorigineel artikel.