By Châu Kiệt Luân đăng ngày 18 tháng 2022 năm XNUMX
Nhiều người tin rằng máy tính lượng tử sẽ không thể gây ra bất kỳ tổn hại nghiêm trọng nào cho hệ thống bảo mật của chúng ta trong ít nhất 15 năm. Đó là khi các máy tính lượng tử có khả năng chịu lỗi, quy mô đầy đủ dự kiến sẽ sẵn sàng và có thể chạy thuật toán của Shor để bẻ khóa RSA trong một khoảng thời gian hợp lý. Chà, thực tế còn mờ mịt hơn nhiều: các mối đe dọa an ninh lượng tử thực sự xuất hiện ngay lập tức hơn nhiều, rất có thể là trong vòng XNUMX năm.
Bạn có thể hỏi, “Thật sao? Làm sao vậy?”
Những mối đe dọa bảo mật ngắn hạn này sẽ đến từ các thuật toán heuristic chạy trên các thiết bị lượng tử dễ bị lỗi từ thời NISQ mà chúng ta đang có ngày nay.
Sử dụng thuật toán của Shor, việc tính số RSA 2048 bit yêu cầu 100,000 qubit có khả năng chịu lỗi chạy trong 10 ngày hoặc 20 triệu qubit NISQ trong 8 giờ. Vì chúng ta sẽ không có những máy tính lượng tử quy mô lớn như vậy trong ít nhất một thập kỷ, nên chúng ta có thể cảm thấy rằng mình có rất nhiều thời gian để chuẩn bị.
Nhưng bằng cách sử dụng các thiết bị NISQ ngày nay, Zapata Computing chúng tôi đã nghĩ ra một thuật toán heuristic được gọi là Phân tích lượng tử biến phân (VQF, đã được cấp bằng sáng chế), mà chúng tôi ước tính có thể tạo ra số RSA 2048 bit với khoảng 6,000 qubit NISQ trong vòng một giờ. Dựa trên lộ trình sản phẩm đã được công bố từ các công ty máy tính lượng tử hàng đầu, máy tính lượng tử NISQ ở quy mô này dự kiến sẽ ra mắt trong vòng XNUMX năm tới.
Hãy nghĩ về nó. Mối đe dọa an ninh lượng tử ngay lập tức hơn nhiều so với những gì hầu hết mọi người nhận ra.
Chà, bạn có thể thắc mắc, "Thuật toán heuristic là gì và tại sao trong trường hợp này, nó lại mạnh hơn nhiều so với thuật toán của Shor khi phá vỡ một số RSA?"
Người tiên phong về độ phức tạp điện toán và người đoạt giải Turing, Stephen Cook, đã định nghĩa rõ về nó:
"Các thuật toán heuristic là một phương pháp được thiết kế để giải quyết vấn đề theo cách nhanh hơn và hiệu quả hơn các phương pháp truyền thống bằng cách hy sinh tính tối ưu, độ chính xác, độ chính xác hoặc tính đầy đủ để lấy tốc độ.”
Nói cách khác, thuật toán heuristic không hoàn chỉnh về mặt toán học hoặc được chứng minh trên lý thuyết, nhưng nó hoạt động được trong thực tế. Một ví dụ nổi tiếng về thuật toán heuristic là mạng lưới thần kinh, đã được chứng minh là cực kỳ hiệu quả trong các ứng dụng như nhận dạng khuôn mặt, mặc dù không có bằng chứng toán học nào cho thấy nó sẽ hoạt động. Hơn nữa, nó ngày càng chính xác hơn và mạnh mẽ hơn khi mạng lưới thần kinh tích chập được thiết kế tốt hơn.
Thuật toán VQF của chúng tôi là một ví dụ khác. Không giống như thuật toán của Shor, nó là thuật toán lai sử dụng cả máy tính lượng tử và máy tính cổ điển. Cụ thể, nó ánh xạ vấn đề phân tích thành vấn đề tối ưu hóa tổ hợp, sử dụng máy tính cổ điển để xử lý trước và sử dụng thuật toán tối ưu hóa gần đúng lượng tử nổi tiếng (QAOA). Cách tiếp cận này đã giảm đáng kể số lượng qubit cần thiết để phân tích một số lượng lớn.
Mối đe dọa NISQ có thời hạn ngắn hơn nhiều so với mối đe dọa PQC
Trong khi hầu hết các nỗ lực của các học viện, cơ quan tiêu chuẩn và công ty bảo mật đều tập trung vào việc giảm thiểu các mối đe dọa bảo mật từ kỷ nguyên Mật mã hậu lượng tử (PQC) trong một thập kỷ trở lên với các mối đe dọa dự kiến từ thuật toán của Shor chạy trên quy mô đầy đủ, lượng tử có khả năng chịu lỗi. máy tính, thuật toán VQF đã cho thấy tính khả thi của các mối đe dọa bảo mật trong thời gian ngắn từ các thuật toán heuristic chạy trên máy tính lượng tử trong kỷ nguyên NISQ mà chúng ta đang có ngày nay.
Chúng tôi đã xem xét kỹ vấn đề này và nói chuyện với các doanh nghiệp lớn, chính phủ và tổ chức. Đây là loại mối đe dọa an ninh mạng lượng tử mà họ quan tâm nhất.
Với đội ngũ chuyên sâu gồm các nhà khoa học lượng tử và Nền tảng phần mềm Orquestra® chạy trên máy tính lượng tử, chúng tôi đã phát triển một bộ công cụ và dịch vụ để giúp bạn chuẩn bị tốt hơn cho các mối đe dọa bảo mật từ kỷ nguyên NISQ trở đi, bao gồm nghiên cứu, đánh giá, thử nghiệm, xếp hạng và xác minh.
Hãy bắt đầu ngay hôm nay.
Jay Liu, Phó Giám đốc Sản phẩm tại Zapata Computing
