Avvertenza: questo algoritmo si autodistruggerà dopo essere stato utilizzato

Immagina due milionari, Alice e Bob, che vogliono decidere chi è il più ricco ma senza rivelare la loro ricchezza. Come fanno a risolvere il loro enigma? Questo è il problema del milionario di Yao, ideato dallo scienziato informatico Andrew Yao nel 1982.

Una possibile soluzione è un programma per computer monouso. Questo programma consente ad Alice e Bob di inserire i propri dati in privato, esegue il calcolo una volta, fornisce la risposta e poi si autodistrugge. Ciò garantisce che nessuno possa accedere ai dati originali o al modo in cui sono stati elaborati. E dà ad Alice e Bob la loro risposta senza compromettere i loro dettagli finanziari.

Gli esperti di sicurezza informatica affermano che i programmi una tantum sono uno strumento estremamente importante nella sicurezza informatica. O lo sarebbero, se qualcuno potesse costruirli.

Si scopre che è impossibile costruire un programma ideale una tantum che venga eseguito una volta e poi si autodistrugga. Un computer classico di questo tipo dovrebbe essere fisicamente distrutto per garantire che non possa essere riutilizzato e non esiste un modo noto per garantirlo.

Un computer quantistico potrebbe sembrare offrire più potenziale, dal momento che le informazioni quantistiche vengono facilmente distrutte e impossibili da copiare. Ma si scopre che un computer quantistico non può dare una risposta deterministica a un calcolo una tantum.

Quindi il sogno di un programma una tantum che si autodistrugge dopo un solo calcolo sembra condannato.

Entrano Marie-Christine Roehsner all'Università di Vienna e Joshua Kettlewell all'Università Nazionale di Singapore e alcuni amici. Oggi affermano di aver trovato un modo per creare un programma monouso e di aver creato e dimostrato per la prima volta un dispositivo proof-of-principio.

Il nuovo metodo si basa su un modo diverso di pensare ai programmi una tantum eseguiti dai computer quantistici. Finora, gli esperti di sicurezza si sono sempre aspettati una soluzione definitiva: il valore di Bob è più o meno di quello di Alice.

Ma la meccanica quantistica è un processo intrinsecamente probabilistico, e ciò significa che può dare la risposta corretta solo entro certi limiti di probabilità, diciamo il 75 percento delle volte. Finché Alice e Bob sono disposti ad accettare la possibilità di un errore nel calcolo, è possibile garantire che le loro informazioni rimarranno al sicuro, che il programma viene eseguito una sola volta e poi si autodistrugge.

Rilassiamo la definizione di programmi una tantum per consentire una certa probabilità di errore nell'output e mostriamo che la meccanica quantistica offre vantaggi in termini di sicurezza rispetto alle risorse puramente classiche, affermano i ricercatori.

L'approccio è semplice. Alice codifica segretamente la sua ricchezza negli stati di un insieme di qubit memorizzati in un computer quantistico. Questo computer è programmato per confrontare questo numero con quello inserito da Bob e per dirgli se la sua ricchezza è maggiore o minore di quella di Alice.

Questa elaborazione quantistica è di per sé un processo irreversibile e questo impedisce a Bob di inserire altri numeri per determinare la ricchezza di Alice.

Ma l'hardware è fisso e un potenziale punto debole di questo approccio è che Bob può decodificare il programma elaborando come sono cablate le porte logiche.

Tuttavia, Roehsner e compagni hanno un trucco per impedirlo. Sebbene non possano nascondere il cablaggio fisico, possono nascondere le tabelle di verità che governano il comportamento di ciascuna porta logica. Questo perché il nostro approccio consiste nel codificare la tabella della verità per i singoli cancelli come un programma una tantum a sé stante, dicono.

Questo permette di codificare le informazioni di Alice nella scelta precisa delle porte logiche e non nelle connessioni tra di esse. In questo modo rimane nascosto a Bob.

Roehsner e co hanno testato questa idea in un esperimento di prova di principio. Questo codifica le informazioni nella polarizzazione dei fotoni e le elabora utilizzando vari tipi di porte logiche ottiche. La probabilità media di successo per ciascuna delle porte è del 75 percento, che secondo il team è in buon accordo con il valore atteso.

Il team ha quindi utilizzato questa configurazione per risolvere il problema del milionario di Yao per i numeri costituiti da quattro bit che differiscono di un solo bit. Il programma funziona confrontando ogni bit per decidere quale è più grande.

I risultati costituiscono una lettura interessante. Il team afferma che la probabilità di successo aumenta con il numero di bit utilizzati per la correzione degli errori, ma ciò riduce anche la sicurezza del sistema. Quindi c'è un chiaro compromesso tra precisione e sicurezza. Tuttavia, il team afferma che la sicurezza è migliore di quella ottenibile solo con l'informatica classica.

I nostri risultati dimostrano che la fisica quantistica consente migliori compromessi di sicurezza per alcune attività informatiche sicure rispetto a quanto sono possibili nel mondo classico, anche quando non è possibile ottenere una sicurezza perfetta, dicono.

Inoltre, il metodo è praticabile con la tecnologia attuale e progressi relativamente modesti dovrebbero aumentare ulteriormente la sicurezza.

Questo è un lavoro interessante che mostra il potenziale delle tecnologie quantistiche per aumentare notevolmente la sicurezza utilizzando la tecnologia oggi disponibile. Riteniamo che il lavoro presentato suggerisca fortemente una ricca area di protocolli quantistici per migliorare la sicurezza del calcolo classico, anche prima che possano essere realizzati computer quantistici su larga scala, affermano Roehsner e co.

Sarà interessante vedere come verrà accolto il lavoro.

Rif: arxiv.org/abs/1709.09724 : Vantaggio quantistico per i programmi probabilistici una tantum

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