By Τζέι Λιου δημοσιεύτηκε στις 18 Οκτωβρίου 2022
Πιστεύεται ευρέως ότι οι κβαντικοί υπολογιστές δεν θα είναι σε θέση να προκαλέσουν σοβαρή βλάβη στα συστήματα ασφαλείας μας για τουλάχιστον 15 χρόνια. Τότε αναμένεται να είναι διαθέσιμοι κβαντικοί υπολογιστές πλήρους κλίμακας, ανεκτικοί σε σφάλματα και να μπορούν να εκτελούν τον αλγόριθμο του Shor για να σπάσουν το RSA σε εύλογο χρονικό διάστημα. Λοιπόν, η πραγματικότητα είναι πολύ πιο αμυδρή: οι πραγματικές κβαντικές απειλές για την ασφάλεια είναι πολύ πιο άμεσες, πιθανότατα μέσα σε πέντε χρόνια.
Μπορεί να ρωτάτε, «Αλήθεια; Πως και έτσι?"
Αυτές οι βραχυπρόθεσμες απειλές ασφάλειας θα προέρχονται από ευρετικούς αλγόριθμους που εκτελούνται σε κβαντικές συσκευές επιρρεπείς σε σφάλματα από την εποχή NISQ στην οποία βρισκόμαστε ήδη σήμερα.
Χρησιμοποιώντας τον αλγόριθμο του Shor, η παραγοντοποίηση ενός αριθμού RSA 2048 bit απαιτεί 100,000 qubits ανοχής σε σφάλματα που λειτουργούν για 10 ημέρες ή 20 εκατομμύρια NISQ qubits για 8 ώρες. Δεδομένου ότι δεν θα έχουμε τόσο μεγάλης κλίμακας κβαντικούς υπολογιστές για τουλάχιστον μια δεκαετία, μπορεί να αισθανόμαστε ότι έχουμε πολύ χρόνο στη διάθεσή μας για να προετοιμαστούμε.
Αλλά χρησιμοποιώντας τις σημερινές συσκευές NISQ, εμείς στη Zapata Computing καταλήξαμε σε έναν ευρετικό αλγόριθμο που ονομάζεται Μεταβλητό Κβαντικό Factoring (VQF, κατοχυρωμένο με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας), το οποίο εκτιμούμε ότι μπορεί να συνυπολογίσει έναν αριθμό RSA 2048-bit με περίπου 6,000 qubits NISQ μέσα σε μία ώρα. Με βάση δημοσιευμένους οδικούς χάρτες προϊόντων από κορυφαίες εταιρείες κβαντικών υπολογιστών, οι κβαντικοί υπολογιστές NISQ αυτής της κλίμακας αναμένεται να είναι διαθέσιμοι εντός πέντε ετών.
Σκέψου το. Η κβαντική απειλή για την ασφάλεια είναι πολύ πιο άμεση από ό,τι οι περισσότεροι συνειδητοποιούν.
Λοιπόν, μπορεί να αναρωτιέστε, "Τι είναι ένας ευρετικός αλγόριθμος και γιατί σε αυτήν την περίπτωση, είναι πολύ πιο ισχυρός από τον αλγόριθμο του Shor όταν πρόκειται να σπάσουμε έναν αριθμό RSA;"
Ο πρωτοπόρος της πολυπλοκότητας υπολογιστών και νικητής του βραβείου Turing, Stephen Cook, το ορίζει καλά:
"Α ευρετικό αλγόριθμο είναι αυτή που έχει σχεδιαστεί για να λύνει ένα πρόβλημα με ταχύτερο και πιο αποτελεσματικό τρόπο από τις παραδοσιακές μεθόδους θυσιάζοντας τη βέλτιστη, την ακρίβεια, την ακρίβεια ή την πληρότητα για την ταχύτητα».
Με άλλα λόγια, ένας ευρετικός αλγόριθμος δεν είναι μαθηματικά ολοκληρωμένος ή αποδεδειγμένος στη θεωρία, αλλά λειτουργεί στην πράξη. Ένα πολύ γνωστό παράδειγμα ευρετικού αλγορίθμου είναι τα νευρωνικά δίκτυα, τα οποία έχουν αποδειχθεί εξαιρετικά αποτελεσματικά σε εφαρμογές όπως η αναγνώριση προσώπου, παρόλο που δεν υπάρχει μαθηματική απόδειξη ότι θα έπρεπε να λειτουργεί. Επιπλέον, γίνεται πιο ακριβές και ισχυρότερο καθώς σχεδιάζονται καλύτερα συνελικτικά νευρωνικά δίκτυα.
Ο αλγόριθμός μας VQF είναι ένα άλλο παράδειγμα. Σε αντίθεση με τον αλγόριθμο του Shor, είναι ένας υβριδικός αλγόριθμος που χρησιμοποιεί τόσο κβαντικούς υπολογιστές όσο και κλασσικούς υπολογιστές. Συγκεκριμένα, χαρτογραφεί το πρόβλημα παραγοντοποίησης σε ένα πρόβλημα συνδυαστικής βελτιστοποίησης, χρησιμοποιεί κλασικούς υπολογιστές για προεπεξεργασία και χρησιμοποιεί τον γνωστό αλγόριθμο κβαντικής προσέγγισης βελτιστοποίησης (QAOA). Αυτή η προσέγγιση έχει μειώσει σημαντικά τον αριθμό των qubits που απαιτούνται για τον παράγοντα ενός μεγάλου αριθμού.
Η απειλή NISQ είναι πολύ πιο κοντινή από την απειλή PQC
Ενώ οι περισσότερες προσπάθειες σε ολόκληρο τον ακαδημαϊκό χώρο, τους τυποποιημένους φορείς και τις εταιρείες ασφαλείας επικεντρώνονται στον μετριασμό των απειλών ασφαλείας από την εποχή της μετα-κβαντικής κρυπτογραφίας (PQC) μια δεκαετία ή περισσότερο στο δρόμο, με αναμενόμενες απειλές από τους αλγόριθμους του Shor να εκτελούνται σε πλήρη κλίμακα, ανεκτικό σε σφάλματα κβαντικό υπολογιστές, ο αλγόριθμος VQF έχει αποκαλύψει τη σκοπιμότητα βραχυπρόθεσμων απειλών ασφαλείας από ευρετικούς αλγόριθμους που εκτελούνται σε κβαντικούς υπολογιστές στην εποχή NISQ στην οποία βρισκόμαστε ήδη σήμερα.
Εξετάζουμε προσεκτικά αυτό το θέμα και έχουμε μιλήσει με μεγάλες επιχειρήσεις, κυβερνήσεις και οργανισμούς. Αυτό είναι το είδος της κβαντικής απειλής για την κυβερνοασφάλεια που τους απασχολεί περισσότερο.
Με το βαθύ μας πάγκο των κβαντικών επιστημόνων και το δικό μας Πλατφόρμα λογισμικού Orquestra® τρέχοντας σε κβαντικούς υπολογιστές, έχουμε αναπτύξει ένα σύνολο εργαλείων και υπηρεσιών για να σας βοηθήσουμε να προετοιμαστείτε καλύτερα για απειλές ασφαλείας από την εποχή NISQ και πέρα, όπως έρευνα, αξιολόγηση, δοκιμή, αξιολόγηση και επαλήθευση.
Ας ξεκινήσουμε σήμερα.
Jay Liu, Αντιπρόεδρος Προϊόντος στη Zapata Computing
