Dator- och cybersäkerhetsvärlden är en ständigt föränderlig miljö, med nya verktyg som maskininlärning och AI som skapas varje dag. En idé, som sakta men säkert har blivit mycket mer än bara en idé, är idén om kvantberäkning. Med kvantberäkning, nya kryptering algoritmer kan skapas som är många gånger kraftfullare än de klassiska kryptografi vi använder idag.
Även om kvantberäkning kan ha många fördelar för kryptografi, kan den också användas av hotaktörer för att skapa ny skadlig kod som kan förstöra klassiska kryptografiska algoritmer på halva tiden eller mindre. Lyckligtvis är kvantdatorer fortfarande långt ifrån att vara fullt skapade och användbara, men ditt företag kan fortfarande börja förbereda sig för kvantrevolutionen innan den börjar.
Vad är Quantum Computing?
Klassisk databehandling fungerar på så sätt att operationer utförs i form av en bit. Dessa bitar kan ha ett värde på antingen 0 eller 1 vid en viss tidpunkt. Kvantberäkning utnyttjar kvantmekanikens idé om superposition. Superposition är när något, som en bit, är i två tillstånd samtidigt. Det betyder att kvantbitar, eller qubits, kan vara i tillståndet både 1 och 0 samtidigt.
Att utföra en beräkning på en uppsättning av två klassiska bitar kräver fyra beräkningar, eftersom bitarna kan ställas in på antingen 00, 11, 01 eller 10. Med kvantberäkning, eftersom qubits kan vara i alla fyra tillstånd samtidigt, kan kvantdatorn utföra beräkningar på alla fyra tillstånd samtidigt. Eftersom kvantdatorer kan utföra fyra beräkningar samtidigt på två qubits, skulle en fullt fungerande kvantdator kunna bryta majoriteten av klassiska krypteringsalgoritmer på dagar, och i vissa fall till och med timmar.
Detta orsakar många stora problem för våra moderna krypteringssystem. Vissa krypteringsalgoritmer som RSA, som används i de flesta e-handelstransaktionskrypteringar, baserar sin säkerhet på det faktum att den privata nyckeln genereras genom att faktorisera ett tal som är produkten av två stora primtal.
Detta är extremt svårt att göra med klassiska datorer och det kan ta upp till tusentals år att knäcka en tillräckligt stark nyckellängd. Med kvantdatorer minskar dock deras användning av qubits avsevärt tiden det tar att knäcka en algoritm som RSA. Nyckellängden kan förlängas för ökad säkerhet, men det betyder bara att en 256-bitars nyckel nu bara är lika stark som en 128-bitars nyckel med tanke på kvantberäkning.
Fördelar och nackdelar med kvantberäkning
Det finns många olika anledningar till att kvantberäkning kan orsaka problem för cybersäkerhetslandskapet, den största är att klassiska kryptografitekniker kan knäckas på timmar istället för år. Som jag tidigare nämnde kan en ökning av nycklars storlek bromsa kvantkryptografi, men det kommer inte att hindra dessa algoritmer från att knäckas. Ett annat problem med kvantberäkning är att hotaktörer så småningom kommer att kunna använda kvantdatorer för att starta skadlig kod.
Idag använder hotaktörer maskininlärning och artificiell intelligens för att utföra attacker mot skadlig kod, men med kvantberäkning blir det mycket enklare att hitta sårbarheter i programvara och IT-infrastruktur. Dessutom gör många hotaktörer saker som att skrapa internet efter känslig information och spara den krypterade informationen tills kvantberäkning är användbar.
När det väl händer kan den känsliga informationen dekrypteras och används som hotbildaren anser lämpligt. Information som e-postadresser eller telefonnummer kanske inte är en stor sak, men om krypterad känslig myndighetsinformation togs och sedan dekrypterades tio år senare, när kvantberäkningar existerar, skulle den informationen kunna användas mot den regeringen.
Kvantberäkning kan verka som en nackdel för kryptografins värld, men det finns också många fördelar med att skapa kvantberäkning. Med de beräkningsförmågor som kvantberäkning erbjuder kan nya, kraftfullare krypteringsalgoritmer skapas. Redan nu, med hjälp av idéerna bakom kvantberäkning, har flera olika algoritmer skapats för att lösa beräkningsproblem som är svåra eller näst intill omöjliga att lösa med klassisk databehandling.
Dessa algoritmer inkluderar Shors algoritm, Grovers algoritm, Quantum Approximate Optimization Algorithm (QAOA) och Harrow Hassidim Lloyd (HHL) algoritm. Dessa algoritmer löser problem som att faktorisera stora tal och lösa diskreta logaritmproblem till att lösa linjära ekvationssystem.
Dessutom, i takt med att kvantberäkning kommer allt närmare varje dag, granskar många organisationer som National Institute of Science and Technology (NIST) vissa post-kvantkryptografiska algoritmer. Dessa algoritmer kommer att vara motståndskraftiga mot kvantberäkningsattacker, vilket säkerställer att data förblir säkra så länge dessa algoritmer används. Hittills har dock ingen kvantdator som är tillräckligt stark för att bryta några klassiska kryptografiska algoritmer skapats ännu.
När kommer kvantdatorer att vara i drift?
I skrivande stund befinner sig kvantdatorer fortfarande i tidiga utvecklingsfaser. Några mindre kvantdatorer har skapats, men det största antalet som tagits med i beräkningen för en kvantdator var 15, vilket bara är 4 bitar långt. Enligt ny forskning ser det ut som att det kommer att dröja ytterligare ett decennium, runt 2030, innan en verkligt fullt fungerande kvantdator är designad och i bruk. Det kan dock fortfarande gå tidigare, eftersom nya kvantberäkningsmetoder hittas varje dag som driver designen av en kvantdator framåt. Det finns också många hårdvarukomponenter till en kvantdator som måste skapas först, innan en kvantdator designas.
För att skapa en kvantdator måste dagens processorer vara många gånger snabbare än de är, eftersom kvantberäkning kräver extrema hastigheter för att fungera. En annan fråga som kvantdatorskapandet står inför är idén om logiska grindar. För närvarande har flera små kvantdatorer skapats, och de programmeras från individuella kvantlogiska grindar.
Detta fungerar bra när kvantdatorn du använder bara hanterar ett litet antal qubits, men när du väl når tusentals qubits är detta opraktiskt. Ett annat hinder som kvantdatorer måste övervinna är bristen på utbildade kvantberäkningsproffs. Vissa universitet och öppen källkods-communities undervisar om kvantdatorer, men det finns helt enkelt inte tillräckligt med praktisk kunskap där ute ännu för att skapa den talang som behövs för kvantberäkning.
Skydda dig själv i förväg
Även om kvantberäkning verkar avlägset är det fortfarande viktigt att skydda dig själv och din organisation från det kommande hotet från kvantberäkning. Det finns ett antal olika sätt att skydda ditt företag från hot från kvantberäkning, till att börja med att se till att du alltid är uppdaterad om bästa praxis och rekommendationer från NIST. National Institute of Science and Technology arbetar för närvarande med att skapa krypteringsalgoritmer som kan motstå kvantberäkning.
Så länge du använder de senaste standarderna för efterlevnad och bästa praxis för din organisation kan du ligga steget före de negativa effekterna av kvantdatorer. Andra förmodat "kvantsäkra" idéer har också utformats, som Quantum Key Distribution som använder kvantmekaniska egenskaper för att transportera nycklar säkert. Denna typ av teknik kan bli standarden för att skydda mot kvantberäkning i framtiden, så att kontinuerligt lära sig om de senaste och bästa kvantresistenta teknikerna kan också gynna din organisation.
Slutsats
Även om det kan vara ett decennium eller mer bort, kan kvantberäkning vara närmare än de flesta tror. Inom en snar framtid kan hotaktörer kunna utnyttja dessa kvantdatorer och använda dem för att lansera nya, sofistikerade skadliga attacker. Men kvantberäkning är inte bara dålig, den kommer att bidra till att göra kryptografins värld till en mycket säkrare plats på lång sikt. Många av dagens beräkningsproblem kan vara ett minne blott med kvantberäkning. Att förstå hur kvantberäkning fungerar är det första steget för att skydda ditt företag från... kvantkalkylering attacker och hjälpa till att utveckla nya metoder för att säkert överföra känslig information.
