By Μάικλ Γκάφνεϊ δημοσιεύτηκε στις 19 Οκτωβρίου 2022
Παρόλο που περισσότεροι δημόσιοι και ιδιωτικοί οργανισμοί κατανοούν τις ευκαιρίες που δημιουργεί η κβαντική τεχνολογία, ο χώρος και οι πιθανές απειλές του, εξακολουθεί να φαίνεται υπερβολικά «στο μέλλον» για πολλούς παραδοσιακούς επαγγελματίες του δικτύου και της ασφάλειας. Δυστυχώς, η αναμονή για το μέλλον για την αντιμετώπιση αυτών των ζητημάτων θα μπορούσε να εκθέσει εμπορικούς και κυβερνητικούς οργανισμούς στις Ηνωμένες Πολιτείες σε δυνητικά καταστροφικές παραβιάσεις ασφάλειας. Κβαντικές επιθέσεις αυτού του τύπου θα μπορούσαν να συμβούν στο όχι και τόσο μακρινό μέλλον! Οι ειδικοί εκτιμούν ότι η κβαντική τεχνολογία ικανή να σπάσει αλγόριθμους κρυπτογράφησης και να υποκλέψει επικοινωνίες θα είναι δυνατή το αργότερο το 2030.
Τα τρωτά σημεία των τρεχουσών λύσεων για την ασφάλεια στον κυβερνοχώρο
Οι δημόσιοι και ιδιωτικοί οργανισμοί βασίζονται επί του παρόντος σε ασύμμετρους αλγόριθμους βασισμένους σε μαθηματικά για τον έλεγχο ταυτότητας και τη δημιουργία κλειδιών, ζωτικής σημασίας στοιχεία της ασφάλειας στον κυβερνοχώρο. Η ασφάλεια αυτών των σχημάτων βασίζεται στην υπόθεση ότι είναι υπολογιστικά ανέφικτο ακόμη και για τους πιο ισχυρούς κλασικούς υπολογιστές να λύσουν ορισμένα μαθηματικά προβλήματα (π.χ. παραγοντοποίηση μεγάλων αριθμών ή υπολογισμός διακριτού λογάριθμου). Οι κβαντικοί υπολογιστές θα είναι σε θέση να λύσουν εύκολα αυτά τα προβλήματα, και έτσι μόλις φτάσει η τεχνολογία, τα ασφαλή συστήματα, τα δίκτυα, οι επικοινωνίες, οι συσκευές και τα δεδομένα θα καταστούν διαφανή.
Θα μπορούσε κανείς να πιστέψει ότι θα περάσουν πολλά χρόνια μέχρι να γίνει πραγματικότητα η απειλή για την ασφάλεια που δημιουργεί η μοναδική δύναμη των κβαντικών υπολογιστών. Το ζήτημα παραμένει ότι υπάρχουν πληροφορίες και δεδομένα που αποθηκεύονται σήμερα που πρέπει να παραμείνουν εμπιστευτικά για μεγάλα χρονικά διαστήματα και η ανάπτυξη νέων λύσεων απαιτεί χρόνο. Οι υπάρχουσες κρυπτογραφημένες πληροφορίες είναι ευάλωτες σε μια πραγματική και επικείμενη απειλή για την ασφάλεια που είναι γνωστή ως «συλλογή τώρα, αποκρυπτογράφηση αργότερα». Φανταστείτε έναν κακό ηθοποιό να αποκτά πρόσβαση σε δεδομένα σε κατάσταση ηρεμίας τα οποία είναι κρυπτογραφημένα στο υψηλότερο επίπεδο χρησιμοποιώντας τη σημερινή διαθέσιμη τεχνολογία, αποθηκεύοντας αυτά τα δεδομένα και στη συνέχεια αποκρυπτογραφώντας τα χρησιμοποιώντας κβαντικούς υπολογιστές σε λίγα χρόνια. Εξαιτίας αυτού, οι οργανισμοί θα πρέπει να υποθέσουν ότι ΟΛΕΣ οι κρυπτογραφημένες πληροφορίες και οι επικοινωνίες πριν εφαρμόσει τα κατάλληλα αντίμετρα (ανεξάρτητα από την κατάσταση του κβαντικού υπολογισμού εκείνη τη στιγμή) είναι μη ασφαλείς.
Παρακολούθηση άλλων εθνικών κρατών
Δυστυχώς, οι Ηνωμένες Πολιτείες υστερούν στο να ετοιμαστούν κβαντικά. Λόγω των επιπτώσεων στην ασφάλεια από τον κβαντικό υπολογισμό, πολλές άλλες χώρες βρίσκονται στη διαδικασία ή έχουν ήδη εφαρμόσει κβαντικά δίκτυα, συμπεριλαμβανομένων αυτών που χρησιμοποιούν μη επανδρωμένα εναέρια οχήματα και δορυφόρους. ,
Επιδεικνύοντας ένα πρώιμο, ισχυρό προβάδισμα στις κβαντικές δυνατότητες και υποδομές, η Κίνα έχει επενδύσει πάνω από 15 δισεκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ σε κβαντικές τεχνολογίες. Το 2019, το Ιράν αποκάλυψε ένα νέο εργαστήριο κβαντικής τεχνολογίας, το πρώτο του είδους του στη Δυτική Ασία και τη Μέση Ανατολή, την ίδια χρονιά που η Ρωσία διατύπωσε τον οδικό χάρτη της για τις κβαντικές τεχνολογίες και η Βόρεια Κορέα άρχισε να αναπτύσσει κβαντική τεχνολογία για να δημιουργήσει έναν εξαιρετικά ασφαλή σύνδεσμο διοίκησης και ελέγχου μεταξύ της Πιονγκγιάνγκ και των βασικών σημείων εκτόξευσης πυραύλων. Το 2021, η Ρωσία ανακοίνωσε την ανάπτυξη ενός πρωτότυπου κβαντικού υπολογιστή ιόντων 4-qubit, ο οποίος θα μπορούσε να γίνει η βάση ενός μελλοντικού κβαντικού υπολογιστή προσπελάσιμου στο cloud μέσα σε τρία χρόνια. Ενώ η κυβέρνηση των ΗΠΑ αύξησε πρόσφατα τις επενδύσεις σε κβαντικές τεχνολογίες μέσω του νόμου CHIPS, εξακολουθεί να υπάρχει ανάγκη να χρησιμοποιηθεί αυτή η χρηματοδότηση με κατάλληλο και ταχύ τρόπο, προκειμένου να επιτευχθεί η κβαντική ασφάλεια και να είναι παγκόσμιος ηγέτης όσον αφορά τις κβαντικές τεχνολογίες. Η τρέχουσα και η προγραμματισμένη χρηματοδότηση μπορεί να διαφέρουν, αλλά το μήνυμα είναι σαφές: οι κυβερνήσεις σε όλο τον κόσμο αγωνίζονται για να εφαρμόσουν πρώτα αυτήν την τεχνολογία.
Αντιμετώπιση της Κβαντικής Απειλής
Κατά την επόμενη δεκαετία, η κβαντική τεχνολογία θα εξελιχθεί ταχέως και υπάρχουν ορισμένα αντίμετρα που πρέπει να ληφθούν υπόψη. Με τη μετα-κβαντική κρυπτογραφία (PQC) η βασική ιδέα είναι να αντικατασταθούν ή να αυξηθούν οι εν χρήσει κλασικοί κρυπτογραφικοί αλγόριθμοι με αυτούς που θεωρούνται ασφαλείς από κβαντικό επίπεδο. Το κύριο πλεονέκτημα αυτής της μεθόδου είναι ότι δεν βασίζεται σε κβαντική δικτύωση και μπορεί να αναπτυχθεί σε υπάρχοντα κλασικά δίκτυα και στο Διαδίκτυο. Δυστυχώς, ορισμένοι αλγόριθμοι PQC, οι οποίοι ήταν υπό ανάπτυξη για περισσότερα από πέντε χρόνια, μπόρεσαν να σπάσουν σε λιγότερο από λίγες ώρες σε ένα συμβατικό φορητό υπολογιστή.
Η Quantum Key Distribution (QKD) αναφέρεται συνήθως σε πρωτόκολλα διανομής κβαντικών κλειδιών «προετοιμασία και μέτρηση» που εκτελούνται και ενεργοποιούνται από κβαντικά δίκτυα προετοιμασίας και μέτρησης (δίκτυα QKD). Αυτή η μέθοδος έχει πολλά πλεονεκτήματα. Τα ίδια τα πρωτόκολλα είναι αποδεδειγμένα ασφαλή, καθώς οι νόμοι της κβαντικής φυσικής επιτρέπουν στα δύο μέρη που επικοινωνούν να μπορούν να ανιχνεύσουν την παρουσία ενός κρυφακού, και τα συστήματα QKD είναι εμπορικά διαθέσιμα εδώ και αρκετά χρόνια από πολλούς προμηθευτές. Το κύριο μειονέκτημα του QKD είναι ότι απαιτεί ανάπτυξη ακριβών πόρων (συσκευές QKD και οπτικές ίνες), αλλά επιτρέπει μόνο μία εφαρμογή. Τα προϊόντα QKD τρέχουσας γενιάς έχουν επίσης ευπάθειες λόγω της εφαρμογής υλικού τους. Είναι επιρρεπείς σε επιθέσεις πλευρικού καναλιού και βασίζονται σε μη ασφαλείς κόμβους ρελέ για αποστάσεις άνω των 150 km.
Η Quantum Secure Communications (QSC) αντιμετωπίζει τις ελλείψεις και τους κινδύνους ασφάλειας του QKD. Ενώ η ασφάλεια του QSC βασίζεται επίσης στους νόμους της κβαντικής φυσικής, βασίζεται σε διαφορετικά κβαντικά φαινόμενα από το QKD. Ενώ το QKD βασίζεται στην τεχνολογία προετοιμασίας και μέτρησης, το QSC βασίζεται σε υψηλής ποιότητας κατανεμημένη εμπλοκή. Αυτά τα πρωτόκολλα κβαντικής ασφάλειας που βασίζονται σε εμπλοκή εκτελούνται και ενεργοποιούνται από κβαντικά δίκτυα που βασίζονται σε εμπλοκή και είναι αποδεδειγμένα ασφαλή. Από τη φύση αυτών των πρωτοκόλλων και δικτύων, το QSC δεν αντιμετωπίζει τρωτά σημεία από την υλοποίηση υλικού. Ενώ τα δίκτυα που βασίζονται σε εμπλοκή θα απαιτήσουν τη χρήση ορισμένων αναδυόμενων τεχνολογιών, δεν χρειάζεται να κατασκευαστούν εξ ολοκλήρου από την αρχή. Αυτά τα δίκτυα χρησιμοποιούν την υπάρχουσα κλασική υποδομή, όπως η λειτουργία μέσω οπτικής ίνας. Ένα άλλο πλεονέκτημα και ο κύριος διαφοροποιητής του QSC σε σύγκριση με το QKD είναι ότι το QSC λειτουργεί σε ένα καθολικό δίκτυο: Ο κατανεμημένος κβαντικός υπολογισμός και η κατανεμημένη κβαντική ανίχνευση, μεταξύ άλλων επαναστατικών εφαρμογών, μπορούν να τρέξουν στην ίδια υποδομή κβαντικού δικτύου, παρέχοντας πρόσθετη αξία στον χρήστη.
Σύσταση αντιμέτρων
Το QSC παρέχει πρόσθετη ασφάλεια και ευελιξία σε σχέση με τα άλλα δύο αντίμετρα και θα πρέπει να αποτελεί μέρος οποιασδήποτε προτεινόμενης λύσης στο μέλλον. Ωστόσο, αυτά τα αντίμετρα δεν αλληλοαποκλείονται. Η Quantum Secure Communication και η Post Quantum Cryptography μπορούν να χρησιμοποιηθούν μαζί με τέτοιο τρόπο ώστε ένας αντίπαλος να χρειαστεί να σπάσει τα σχήματα από το καθένα προκειμένου να έχει πρόσβαση σε ασφαλείς πληροφορίες.
Δράσε τώρα
Ενώ ένας κβαντικός υπολογιστής αρκετά μεγάλος για να σπάσει τη σημερινή παραδοσιακή κρυπτογράφηση δεν έχει ακόμη ανακοινωθεί δημόσια, η κβαντική επανάσταση βρίσκεται σε καλό δρόμο. Η πρόοδος που σημειώθηκε το 2022 καθιστά το μέλλον ξεκάθαρο: δεν είναι θέμα πότε η κβαντική τεχνολογία θα σπάσει τα υπάρχοντα πρωτόκολλα ασφαλείας, αλλά πώς μπορούμε να προετοιμαστούμε καλύτερα για να ανταποκριθούμε στις προκλήσεις της κβαντικής τεχνολογίας καθώς φτάνει στο μέγιστο των δυνατοτήτων της. Η ώρα για δράση είναι τώρα.
Μάικλ Γκάφνεϊ είναι Προϊστάμενος Δημόσιου Τομέα, Aliro Quantum, η πρώτη εταιρεία κβαντικής δικτύωσης pure play. Ο Gaffney άνοιξε πρόσφατα την παρουσία της Aliro στην Ουάσιγκτον για να υποστηρίξει τις επεκτεινόμενες κυβερνητικές πρωτοβουλίες και τις πρωτοβουλίες του δημόσιου τομέα της εταιρείας μετά από μια καριέρα στον τομέα των πληροφοριών του Στρατού και χρόνια στην εφαρμογή λύσεων cloud και ασφάλειας για την κυβέρνηση.
Η Aliro Quantum είναι Χρυσός Χορηγός στο μέλλον Εκδήλωση IQT Quantum Cybersecurity στη Νέα Υόρκη, 25-27 Οκτωβρίου 2022. Ο συνιδρυτής Michael Cubeddu θα συζητήσει το "Quantum Safe in the Military" στις 26 Οκτωβρίουth.
