La ricerca di una crittografia a prova di quantistica ha appena fatto un balzo in avanti

Un computer quantistico di Google Google

Molte delle cose che fai online ogni giorno sono protette dalla crittografia in modo che nessun altro possa spiarle. Il tuo banking online e i messaggi ai tuoi amici sono probabilmente crittografati, ad esempio, così come i segreti del governo. Ma tale protezione è minacciata dallo sviluppo dei computer quantistici, che minacciano di rendere inutili i moderni metodi di crittografia.

Macchine quantistiche lavorare in modo fondamentalmente diverso dai computer classici che usiamo oggi. Invece di usare il tradizionale codice binario, che rappresenta le informazioni con 0 sabbia uno s, usano bit quantistici o qubit. Le proprietà insolite dei qubit rendono i computer quantistici molto più potenti per alcuni tipi di calcoli, tra cui i problemi matematici che stanno alla base di gran parte della crittografia moderna .

I ricercatori sanno da decenni che se si potesse costruire un computer quantistico su larga scala, potrebbe fare dei calcoli piuttosto grandi che minaccerebbero i crittosistemi su cui facciamo affidamento oggi per la sicurezza, afferma Dustin Moody, un matematico del NIST, l'Istituto nazionale degli Stati Uniti di standard e tecnologia.

Mentre le macchine quantistiche sono ancora lontane dall'essere in grado di violare la crittografia moderna, il NIST ha lanciato un concorso nel 2016 per sviluppare nuovi standard per la crittografia che saranno più a prova di quantistica. La gara è lunga, con i vincitori che saranno annunciati nel 2022, ma la scorsa settimana l'organizzazione ha annunciato di aver ridotto il campo iniziale di 69 contendenti a soli 15.

E finora un unico approccio alla crittografia post-quantistica rappresenta la maggior parte dei finalisti: la crittografia basata su reticolo.

Come funziona

La crittografia a chiave pubblica utilizza la matematica tradizionale per codificare i dati, sbloccandoli solo per coloro che hanno la chiave o possono capirlo. La crittografia basata su reticolo utilizza invece enormi griglie con miliardi di punti individuali su migliaia di dimensioni. Infrangere il codice significa andare da un punto specifico a un altro, il che è essenzialmente impossibile a meno che tu non conosca il percorso.

Anche la National Security Agency, l'agenzia di spionaggio statunitense che da tempo lancia l'allarme sulla minaccia rappresentata dai computer quantistici, di recente espresso fiducia negli approcci basati su reticolo.

Tuttavia, non conta solo quanto sia impenetrabile o complessa la matematica. Gli approcci post-quantistici funzioneranno solo se possono essere utilizzati in tutti i luoghi in cui sarà necessaria la crittografia di alto livello. Ad esempio, la dimensione della chiave richiesta per decrittare i dati è importante: immagina cosa sarà possibile all'interno di un'apparecchiatura medica che ha poca memoria e una larghezza di banda fortemente limitata. Se la matematica è così complessa che l'apertura della serratura richiede una chiave massiccia, la soluzione potrebbe non superare il test di usabilità.

Cinque dei candidati preselezionati annunciati la scorsa settimana utilizzano approcci reticolari che non hanno una soluzione quantistica nota e il nuovo del NIST rapporto sullo stato afferma che sono gli algoritmi generici più promettenti nell'elenco.

Ma quell'elenco include approcci alternativi che potrebbero anche sfondare, in particolare se i sistemi reticolari si rivelano insufficienti. Queste altre opzioni sono generalmente meno mature, meno ben studiate e molto più lontane dall'essere utilizzate nel mondo reale, portando la maggior parte degli osservatori a credere che i sistemi reticolari vinceranno quando verranno scelti due vincitori nel 2022.

Ciò che il NIST pensa è che i problemi del reticolo siano davvero difficili, afferma Elena Kirshanova, matematica e ricercatrice di crittoanalisi presso I.Kant Baltic Federal University in Russia. Sebbene questi problemi siano difficili, sembrano abbastanza efficienti in termini di tempo per generare chiavi, tempo per costruire firme e anche efficienti in termini di memoria.

Quando arriverà il quantum?

Se si stanno impiegando così tanto tempo e sforzi per evitare un disastro della sicurezza, quando vedremo un computer quantistico in grado di fare tutto questo?

L'anno scorso Google si vantava notoriamente di aver raggiunto supremazia quantistica trovando un compito che un computer quantistico poteva svolgere, era essenzialmente impossibile per un computer classico. La società ha annunciato di aver utilizzato il suo computer quantistico a 53 bit Sycamore per risolvere un problema di matematica in 200 secondi che avrebbe richiesto 10.000 anni a un computer classico.

È stata una pietra miliare importante, ma non ha inaugurato una nuova era dell'informatica quantistica e esperti del settore e il mondo accademico si è affrettato a criticarlo per a gamma di ragioni .

In realtà, siamo probabilmente a un decennio o più da un computer quantistico in grado di risolvere problemi utili, il che dà al NIST il tempo di prendere una decisione in modo che possa iniziare la transizione alla crittografia quantistica sicura.

Ci vuole molto tempo per standardizzare e ottenere algoritmi crittografici implementati e nei prodotti, afferma Moody del NIST. Possono volerci 10 o 20 anni. Abbiamo bisogno che questo processo venga eseguito prima che un computer quantistico sia finito, quindi siamo in anticipo sul gioco.

Non tutti, però, sono convinti che il tempo sarà ben speso.

Il passo successivo è che i computer quantistici risolvano un problema utile, cosa che non hanno ancora fatto, afferma Vadim Lyubashevsky, un crittografo dell'IBM che ha lavorato all'algoritmo CRYSTALS che ora è finalista con il NIST. Se ciò non accade per molto tempo, penso che le aziende dimenticheranno il clamore e implementeranno la cosa più debole che esce dal NIST fino a quando non gli verrà improvvisamente ricordato il problema in 30 anni.

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