Kvantové počítače a kybernetická bezpečnost: Nové horizonty a výzvy

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

Univerzita Harvard

• 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:

1. 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)​​.
2. Šifrování: Zpráva je převedena na číslo a to je poté zašifrováno pomocí veřejného klíče​​.
3. 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:

1. Přechod na postkvantovou kryptografii (PQC): Microsoft zdůrazňuje potřebu implementace PQC a spolupracuje s normotvornými orgány na standardizaci těchto algoritmů​​.
2. 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​​.
3. 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​​.
4. 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.