By Jay Liu geplaatst op 18 okt 2022
Er wordt algemeen aangenomen dat kwantumcomputers de komende vijftien jaar geen ernstige schade aan onze beveiligingssystemen zullen kunnen toebrengen. Op dat moment wordt verwacht dat fouttolerante kwantumcomputers op volledige schaal beschikbaar zullen zijn en in staat zullen zijn om het algoritme van Shor uit te voeren om RSA binnen een redelijke tijd te kraken. Welnu, de realiteit is veel vager: echte bedreigingen voor de kwantumveiligheid zijn veel urgenter, hoogstwaarschijnlijk binnen vijf jaar.
Je vraagt je misschien af: “Echt waar? Hoe komt het?"
Deze veiligheidsbedreigingen op de korte termijn zullen afkomstig zijn van heuristische algoritmen die draaien op foutgevoelige kwantumapparaten uit het NISQ-tijdperk waarin we ons nu al bevinden.
Met behulp van het algoritme van Shor zijn voor het factoriseren van een 2048-bits RSA-nummer 100,000 fouttolerante qubits vereist die gedurende 10 dagen worden uitgevoerd, of 20 miljoen NISQ-qubits gedurende 8 uur. Omdat we de komende tien jaar niet meer zulke grootschalige kwantumcomputers zullen hebben, hebben we misschien het gevoel dat we veel tijd hebben om ons voor te bereiden.
Maar met behulp van de huidige NISQ-apparaten hebben wij bij Zapata Computing een heuristisch algoritme bedacht, genaamd Variationele kwantumfactoring (VQF, gepatenteerd), waarvan we schatten dat het binnen één uur een RSA-nummer van 2048 bits kan ontbinden met grofweg 6,000 NISQ-qubits. Op basis van gepubliceerde productroadmaps van toonaangevende kwantumcomputerbedrijven wordt verwacht dat NISQ-kwantumcomputers op deze schaal binnen vijf jaar beschikbaar zullen zijn.
Denk er over na. De kwantumveiligheidsdreiging is veel urgenter dan wat de meeste mensen beseffen.
Nou, je vraagt je misschien af: “Wat is een heuristisch algoritme, en waarom is het in dit geval zoveel krachtiger dan het algoritme van Shor als het gaat om het kraken van een RSA-nummer?”
Stephen Cook, pionier op het gebied van computercomplexiteit en winnaar van de Turing Award, omschrijft het goed:
"A heuristisch algoritme is er een die is ontworpen om een probleem op een snellere en efficiëntere manier op te lossen dan traditionele methoden, door optimaliteit, nauwkeurigheid, precisie of volledigheid op te offeren voor snelheid.”
Met andere woorden: een heuristisch algoritme is wiskundig niet compleet of in theorie bewezen, maar werkt in de praktijk. Een bekend voorbeeld van een heuristisch algoritme zijn neurale netwerken, die uiterst effectief zijn gebleken in toepassingen als gezichtsherkenning, ondanks dat er geen wiskundig bewijs is dat het zou werken. Bovendien wordt het nauwkeuriger en krachtiger naarmate er betere convolutionele neurale netwerken worden ontworpen.
Ons VQF-algoritme is een ander voorbeeld. In tegenstelling tot het algoritme van Shor is het een hybride algoritme dat zowel kwantumcomputers als klassieke computers gebruikt. Concreet brengt het het factoringprobleem in kaart in een combinatorisch optimalisatieprobleem, gebruikt het klassieke computers voor voorverwerking en maakt het gebruik van het bekende kwantum benaderende optimalisatie-algoritme (QAOA). Deze aanpak heeft het aantal qubits dat nodig is om een groot aantal te factoriseren aanzienlijk verminderd.
De NISQ-dreiging is veel dichterbij dan de PQC-dreiging
Hoewel de meeste inspanningen in de academische wereld, standaardorganisaties en beveiligingsbedrijven gericht zijn op het beperken van veiligheidsbedreigingen uit het Post-Quantum Cryptography (PQC)-tijdperk over tien jaar of langer, waarbij de verwachte bedreigingen van de algoritmen van Shor op volledige schaal, fouttolerante kwantumcomputers draaien computers heeft het VQF-algoritme de haalbaarheid blootgelegd van veiligheidsbedreigingen op korte termijn die voortkomen uit heuristische algoritmen die op kwantumcomputers draaien in het NISQ-tijdperk waarin we ons nu al bevinden.
We hebben deze kwestie nauwlettend bestudeerd en gesproken met grote ondernemingen, overheden en organisaties. Dit is het soort kwantum-cyberveiligheidsdreiging waar zij zich het meest zorgen over maken.
Met onze diepe bank van kwantumwetenschappers en onze Orquestra®-softwareplatform draaiend op kwantumcomputers hebben we een reeks tools en diensten ontwikkeld om u te helpen beter voorbereid te zijn op veiligheidsbedreigingen uit het NISQ-tijdperk en daarna, inclusief onderzoek, beoordeling, testen, beoordeling en verificatie.
Laten we vandaag beginnen.
Jay Liu, VP Product bij Zapata Computing
