Un salto di qualità nella crittografia

Fino a poco tempo fa, la crittografia quantistica era nascosta in laboratori specializzati.

Ma i suoi sostenitori affermano che la tecnologia – in cui singole particelle di luce, o fotoni, vengono utilizzate per codificare i dati – è ora pronta per fare il salto nel mondo reale. Negli ultimi mesi, i due principali fornitori di prodotti di crittografia quantistica, id Quantique e MagiQ Technologies, hanno introdotto prodotti di seconda generazione che secondo loro sono più semplici da usare, ovvero orientati agli amministratori di rete piuttosto che agli scienziati.

Nel frattempo, non solo questa tecnologia all'avanguardia sta diventando più facile da usare, ma anche i recenti sviluppi potrebbero sbloccare una gamma più ampia di applicazioni, come l'applicazione su distanze maggiori, in impostazioni wireless e per proteggere le comunicazioni satellitari. I giganti giapponesi dell'elettronica NEC Corp. e Toshiba Research Europe Ltd. e il principale sviluppatore tecnologico statunitense BBN Technologies hanno tutti annunciato successi nell'estensione della gamma e della durata della generazione di chiavi quantistiche, nella codifica di file video e audio e nella trasmissione delle chiavi o delle comunicazioni attraverso il aria e fibra ottica.

Certamente, gli scienziati hanno fatto molta strada nei due decenni successivi all'introduzione dell'idea della crittografia quantistica. Tuttavia, la tecnologia è rimasta in gran parte nella fase di ricerca e sviluppo, poiché i ricercatori hanno dovuto affrontare diverse sfide tecniche. In particolare, la distanza alla quale potevano trasmettere le chiavi e la capacità di generare singoli fotoni è stata limitata.

Nella crittografia quantistica, singole particelle di luce rappresentano uno e zero in una chiave di crittografia binaria. Per codificare le informazioni effettive, i fotoni vengono polarizzati dal sistema del mittente, ovvero le onde luminose sono organizzate in un unico piano. All'altra estremità, un destinatario misura la polarizzazione per recuperare le informazioni.

Dal momento che le stesse chiavi quantistiche possono essere grandi quanto i dati che vengono crittografati, gli utenti possono arruolare cifrari impenetrabili, secondo Josh Kessler, analista e product manager per TowerGroup con sede a Boston. Tali cifre sono estremamente sicure perché la chiave non viene mai ripetuta ed è lunga quanto il messaggio stesso, a differenza della crittografia a chiave pubblica, in cui la chiave è più corta.

Il potere della crittografia quantistica deriva in realtà da uno dei principi chiave della meccanica quantistica: a livello atomico, anche qualsiasi oggetto osservato viene modificato. Di conseguenza, qualcuno che tenta di rubare dati crittografati quantisticamente, misurando i fotoni mentre viaggiano, altererebbe la chiave, un atto che gli utenti legittimi potrebbero rilevare.

Per quasi due decenni, i protocolli di sicurezza sviluppati da Rivest, Shamir e Adleman (RSA) per la crittografia a chiave pubblica hanno resistito. Tuttavia, le recenti violazioni della sicurezza presso Bank of America Corp., Wachovia Corp. e LexisNexis, che hanno compromesso le informazioni finanziarie e personali di centinaia di migliaia di consumatori, hanno messo in luce il crescente problema del furto di dati. Sebbene questi scandali non siano necessariamente dovuti a una crittografia debole o a una distribuzione delle chiavi, hanno posto maggiore enfasi sulla necessità di una migliore sicurezza che circonda i dati più sensibili delle aziende.

Non sorprende che in questo momento i settori target per la sicurezza quantistica siano società di servizi finanziari, società di telecomunicazioni e agenzie governative, organizzazioni che si occupano di informazioni altamente sensibili e hanno anche le tasche profonde per pagare per una migliore protezione.

Alla fiera Infosecurity Europe 2005 di Londra ad aprile, i potenziali clienti hanno potuto vedere lo stato dell'arte della crittografia quantistica. id Quantique, con sede a Ginevra, in Svizzera, ha presentato il suo nuovo sistema di crittografia chiavi in ​​mano, che fornisce una connessione sicura tra due reti in fibra ottica Fast Ethernet che possono essere posizionate fino a 100 chilometri di distanza. Il suo sistema, Vectis Link Encryptor, combina la distribuzione delle chiavi quantistiche con standard di crittografia avanzati: le chiavi quantistiche sono distribuite in modo sicuro e continuo su un collegamento in fibra ottica dedicato e queste chiavi, a loro volta, vengono passate all'interno dell'appliance a un motore di crittografia avanzato che è utilizzato per crittografare e decifrare le informazioni.

Vectis è dotato di un display touch panel attraverso il quale gli utenti possono monitorare il sistema e un'applicazione server Web che visualizza le informazioni di registro del sistema, utilizzando Simple Network Management Protocol (SNMP v.3), che consente agli amministratori di rete di monitorare e gestire centralmente qualsiasi dispositivo hardware di crittografia quantistica in tutta la loro rete.

Abbiamo automatizzato l'intera operazione, quindi un ingegnere di rete potrebbe farlo, afferma Gregoire Ribordy, CEO di id Quantique, non solo un fisico.

A marzo, la rivale MagiQ Technologies di New York City ha rielaborato la sua Quantum Private Network, dopo aver ricevuto feedback da clienti governativi e aziendali che l'avevano testata. L'ultima versione ora incorpora processori di sicurezza ad alte prestazioni e può essere eseguita su sistemi operativi Windows o Linux.

Bob Gelfond, CEO di MagiQ Technologies, ammette che in realtà non è cambiato molto dal punto di vista quantistico, ma la rete, la distribuzione di base e altri elementi sono stati modificati per renderlo un prodotto più utilizzabile che può essere integrato nel sistema esistente di un'azienda.

Con un'interfaccia più business-friendly, MagiQ è in procinto di concludere accordi con i produttori di apparecchiature originali (OEM) che porterebbero all'integrazione dei loro prodotti di crittografia quantistica nell'hardware dei principali produttori già nel 2006.

Sebbene i piccoli fornitori come MagiQ e id Quantique abbiano già rivendicato questo campo, non rimarranno soli a lungo. A maggio, il Cambridge Research Laboratory di Toshiba nel Regno Unito ha mostrato i suoi recenti progressi: un sistema di crittografia quantistica che può essere utilizzato per codificare video e voce in tempo reale fino a 100 fotogrammi, o chiavi, al secondo. I suoi sviluppatori ritengono che la tecnologia renderà pratico per aziende e governi proteggere i collegamenti video su un collegamento in fibra ottica.

Il Dr. Andrew Shields, leader del gruppo di ricerca e sviluppo per la crittografia quantistica presso Toshiba Cambridge e capo del progetto, ritiene che il sistema dovrebbe essere sul mercato tra un paio d'anni. Anche se il video crittografato è un po' nervoso a causa dei frame rate finiti della telecamera, afferma Shields, sembra piuttosto buono. Abbiamo avuto una reazione molto buona. Le persone erano piuttosto sorprese, ma felici che queste applicazioni fossero ora reali.

A maggio, i ricercatori di NEC Corp. hanno annunciato che, con l'aiuto del National Institute of Information and Communications Technology e della Japan Science and Technology Agency, sono stati in grado di generare chiavi quantistiche più velocemente e per un periodo di tempo più prolungato rispetto a quanto precedentemente possibile . Il gigante dell'IT e delle reti con sede a Tokyo è stato in grado di generare continuamente chiavi a una media di 13 kilobit al secondo (kbps) su una rete ottica commerciale di 16 chilometri per due settimane, il tipo di prestazioni che alla fine potrebbero rendere la generazione e la distribuzione di chiavi ancora più semplice e senza soluzione di continuità per le aziende.

Kessler di TowerGroup afferma che NEC ha recentemente ottenuto numerosi brevetti relativi ai sistemi quantistici e si aspetta che l'azienda rilasci un prodotto commerciale entro l'anno.

Kazuo Nakamura, senior manager per i laboratori di ricerca fondamentale e ambientale di NEC, crede che i quasi otto anni di ricerca dedicata della sua azienda sulla crittografia quantistica li aiuteranno a scavalcare i concorrenti che stanno già vendendo prodotti.

Riteniamo che i nostri continui sforzi di ricerca e sviluppo abbiano conferito a NEC un chiaro vantaggio tecnologico rispetto a [MagiQ e id Quantique], afferma Nakamura. Prima che il mercato accetti la crittografia quantistica, i prodotti devono ottenere costi di sistema inferiori, maggiore stabilità e operazioni ancora più veloci su lunghe distanze.

Forse lo sviluppo della crittografia quantistica più promettente, tuttavia, è il recente annuncio della Bbn all'inizio di giugno che insieme al partner britannico QinetiQ Ltd. ha creato una versione wireless funzionante della rete di crittografia quantistica.

Chip Elliott, ingegnere principale della BBN con sede a Cambridge, MA, afferma di aver creato una cosiddetta rete di crittografia quantistica nello spazio libero in grado di inviare chiavi quantistiche, o comunicazioni crittografate, a circa 15 miglia utilizzando telescopi allineati in ogni punto, senza fibra ottica.

Applicando la stessa tecnologia, le aziende potrebbero inviare comunicazioni crittografate quantistiche avanti e indietro utilizzando un satellite. Elliott afferma che sebbene la crittografia quantistica nello spazio libero non sia così avanzata nello sviluppo quanto la varietà cablata, i sistemi saranno più facili ed economici da implementare, poiché i componenti necessari sono meno costosi. Dice che entro la fine dell'anno potrebbero anche essere disponibili prodotti di crittografia dello spazio libero per aziende e governi.

Ray Trygstad, assistente direttore della tecnologia dell'informazione per il campus Rice dell'Illinois Institute of Technology a Wheaton, Illinois, è più entusiasta del potenziale della crittografia quantistica nello spazio libero rispetto ai sistemi che utilizzano la fibra ottica. In definitiva, vede lo spazio libero come un modo preferito per proteggere la televisione a pagamento o le chiamate telefoniche riservate o, nel breve termine, per le aziende fornire un accesso wireless veramente sicuro ai dipendenti nei loro campus aziendali.

Poiché la sicurezza wireless è tradizionalmente molto debole, afferma Trygstad, l'accoppiamento della crittografia quantistica nello spazio libero con WiMax potrebbe fornire maggiori vantaggi.

Sembra che la crittografia quantistica si sia spostata dalle lavagne degli scienziati alle sale riunioni più velocemente di quanto anche molti acuti osservatori ritenessero possibile.

Tuttavia, le sfide rimangono. Trygstad ritiene che nei prossimi anni solo poche società finanziarie di fascia alta e agenzie governative potranno utilizzare la crittografia quantistica per proteggere le loro informazioni più sensibili, poiché il costo è ancora relativamente elevato: circa $ 100.000 per due punti di connessione. Molte aziende possono scegliere di utilizzare i soldi del budget per la sicurezza in altre aree più a rischio.

Ma, sostiene Kessler nella sua ricerca, le società di servizi finanziari, in particolare, dovrebbero prendere in considerazione l'uso della crittografia quantistica, poiché attualmente stanno avvenendo scoperte nel mondo matematico che potrebbero indebolire sostanzialmente gli schemi di crittografia basati sul calcolo, come RSA. Un esempio importante: i matematici potrebbero essere sul punto di dimostrare l'ipotesi di Riemann, che delinea quanti numeri primi esistono al di sotto di un certo valore. Se dimostrato, ragiona Kessler, una persona potrebbe capire il fattore dietro uno schema di crittografia RSA in meno calcoli.

Anche la distanza continua a essere problematica per la crittografia quantistica. Poiché le sue chiavi non possono essere misurate o manomesse lungo il percorso, i tipi tradizionali di ripetitori non funzionano, quindi la maggior parte dei sistemi quantistici può trasmettere dati solo tra due dispositivi di crittografia tra 100 e 150 chilometri.

Queste limitazioni di distanza stanno migliorando continuamente con una migliore generazione di fotoni e fibre ottiche, nonché una migliore tecnologia di trasmissione complessiva, afferma Kessler, ma la distanza rimane l'elemento più limitante della distribuzione delle chiavi quantistiche.

Alcuni utenti possono superare il problema collegando tra loro i sistemi, quindi essenzialmente le informazioni vengono decrittografate e ricrittografate in ogni punto lungo il percorso. Inoltre, Gelfond sostiene che per molti dei suoi clienti la limitazione della distanza non è un problema perché trasferiscono e proteggono le informazioni all'interno del nucleo della metropolitana, tra un ufficio principale e un sito di backup che può essere a pochi isolati, o piani, via.

Shields e Ribordy affermano che i ripetitori quantistici sono in fase di sviluppo e Shields ritiene che potrebbero essere una realtà entro cinque anni. Mentre la maggior parte delle aziende aspetta che i costi diminuiscano e che le sfide tecnologiche vengano risolte, i primi giocatori come MagiQ, id Quantique e NEC vedono ancora l'opportunità nel mercato commerciale.

Alcune organizzazioni comprendono che la comunicazione dei dati più sensibili garantisce la massima sicurezza possibile, afferma Nakamura di NEC, e assegneranno budget appropriati per garantire ciò. Riteniamo che questo tipo di utente di fascia alta rappresenti il ​​principale mercato iniziale per la crittografia quantistica.

Karen Epper Hoffman scrive di questioni commerciali e tecnologiche dalla sua casa di Poulsbo, WA.

nascondere