Czym jest Quantum Security?

Bezpieczeństwo kwantowe to rozwijająca się dziedzina, która może zmienić cyberbezpieczeństwo, ale nie jest jeszcze w pełni dostępna. Jednak zagrożenie dla obecnych systemów kryptograficznych ze strony komputerów kwantowych jest już rzeczywistością. Dlatego konieczne są przygotowania poprzez inwestowanie w odporne na kwanty algorytmy i protokoły kryptograficzne.

Czym jest Quantum Security?

Bezpieczeństwo kwantowe odnosi się do wykorzystania mechaniki kwantowej do zabezpieczenia transferu danych. Mechanika kwantowa zapewnia potężne narzędzie do szyfrowania wiadomości i zapewniania ich prywatności i integralności. W przeciwieństwie do klasycznego szyfrowania, które opiera się na złożoności matematycznej w celu ochrony informacji, szyfrowanie kwantowe wykorzystuje właściwości mechaniki kwantowej, aby zapewnić, że każda próba przechwycenia lub podsłuchania transmisji informacji zostanie natychmiast wykryta, a komunikacja może zostać przerwana.

Bezpieczeństwo kwantowe opiera się na wykorzystaniu kwantowej dystrybucji klucza (QKD), która umożliwia dwóm stronom współdzielenie tajnego klucza, który może być używany do szyfrowania i odszyfrowywania wiadomości. QKD opiera się na zasadach mechaniki kwantowej, które pozwalają na tworzenie splątanych cząstek, które mogą być wykorzystywane do bezpiecznego przesyłania informacji na duże odległości. QKD jest odporny na wszystkie znane ataki, w tym te wykorzystujące moc komputerów kwantowych, które mają złamać wiele klasycznych algorytmów szyfrowania.

Bezpieczeństwo kwantowe może potencjalnie zrewolucjonizować dziedzinę kryptografii, umożliwiając zabezpieczenie informacji w sposób, który wcześniej uważano za niemożliwy. Jest ono już wykorzystywane w niektórych zastosowaniach, takich jak bezpieczna komunikacja między agencjami rządowymi i instytucjami finansowymi. Jest to jednak wciąż rozwijająca się dziedzina, a wiele badań jest prowadzonych w celu poprawy wydajności i niezawodności kwantowych systemów bezpieczeństwa.

Dystrybucja kluczy kwantowych

Quantum Key Distribution (QKD) to technika udostępniania tajnych kluczy kryptograficznych między dwiema stronami, takimi jak Alice i Bob, za pośrednictwem niezabezpieczonego kanału komunikacyjnego. QKD opiera się na zasadach mechaniki kwantowej, aby zapewnić gwarancje bezpieczeństwa, które są nie do złamania, nawet w obecności podsłuchiwacza, Eve, który ma nieograniczoną moc obliczeniową.

Podstawową ideą QKD jest to, że Alice i Bob mogą wykorzystać właściwości splątanych cząstek kwantowych, takich jak fotony, do ustanowienia wspólnego tajnego klucza. Alicja wysyła strumień fotonów do Boba, przy czym każdy foton jest losowo spolaryzowany w jednym z dwóch możliwych kierunków, na przykład w górę lub w dół. Następnie Bob mierzy polaryzację każdego otrzymanego fotonu, używając losowo wybranej podstawy, takiej jak kierunek poziomy lub pionowy.

Jeśli Ewa przechwyci którykolwiek z fotonów, akt pomiaru zmieni ich stan kwantowy, a Alicja i Bob zauważą zmianę korelacji między ich pomiarami. Monitorując te zmiany, mogą wykryć obecność podsłuchiwacza i przerwać wymianę kluczy. Jeśli podsłuch nie zostanie wykryty, Alice i Bob mogą użyć podzbioru fotonów, które wymienili, aby wygenerować wspólny tajny klucz, który jest znany tylko im.

Bezpieczeństwo QKD opiera się na fakcie, że każda próba zmierzenia lub skopiowania stanu kwantowego musi go zakłócić, a zakłócenie może zostać wykryte przez uprawnione strony. QKD jest zatem zabezpieczony przed wszelkimi atakami, w tym tymi, które wykorzystują moc komputerów kwantowych.

Odporność kwantowa

Odporność kwantowa odnosi się do systemów kryptograficznych, które zostały zaprojektowane tak, aby były bezpieczne przed atakami zarówno ze strony komputerów klasycznych, jak i kwantowych. Oczekuje się, że wraz z pojawieniem się komputerów kwantowych, wiele z obecnie używanych algorytmów kryptograficznych, takich jak RSA i ECC, stanie się podatnych na ataki, które mogłyby złamać bezpieczeństwo zaszyfrowanych danych.

Kryptografia odporna na kwanty, znana również jako kryptografia post-kwantowa lub kryptografia bezpieczna kwantowo, opiera się na problemach matematycznych, które uważa się za trudne do rozwiązania nawet dla komputerów kwantowych. Problemy te obejmują między innymi kryptografię opartą na kratach, kryptografię opartą na kodach i kryptografię wielowymiarową.

Celem kryptografii odpornej na ataki kwantowe jest zapewnienie płynnego przejścia z obecnych systemów kryptograficznych do nowych, które są bezpieczne przed atakami kwantowymi. Jest to ważne, ponieważ opracowanie i standaryzacja nowych algorytmów kryptograficznych wymaga czasu, a kluczowe jest rozpoczęcie wdrażania systemów odpornych na kwanty na długo przed tym, jak komputery kwantowe staną się realnym zagrożeniem.

Wiele organizacji, w tym agencje rządowe, instytucje finansowe i firmy, już teraz podejmuje kroki w celu wdrożenia kryptografii odpornej na kwanty w swoich systemach. Jest to szybko rozwijająca się dziedzina, a wiele badań jest prowadzonych w celu opracowania nowych algorytmów i protokołów kryptograficznych odpornych na kwanty, które mogą zapewnić długoterminowe bezpieczeństwo wrażliwych danych.

QuTech, Eurofiber i Juniper Networks wdrażają platformę testową Quantum

QuTech, Eurofiber i Juniper Networks uruchomiły testową sieć kwantową łączącą kilka centrów danych w Holandii. Ten testbed umożliwia, oprócz innych zastosowań kryptografii kwantowej, sposób, w jaki partnerzy mogą badać bezpieczną komunikację opartą na podstawowych prawach fizyki kwantowej. Platforma testowa jest otwarta dla nowych partnerów, którzy mogą do niej dołączyć i wspólnie badać możliwości technologii kwantowej.

Zabezpieczenie komunikacji za pomocą technologii kwantowej

Wraz ze wzrostem liczby incydentów związanych z cyberprzestępczością, wzrosły obawy związane z pojawieniem się obliczeń kwantowych, dane zabezpieczone za pomocą dzisiejszych standardowych metod kryptograficznych są potencjalnie zagrożone. Quantum Key Distribution (QKD) to technologia, która dystrybuuje klucz szyfrowania danych za pomocą efektów kwantowych w taki sposób, że jest on bardziej bezpieczny przed atakami podsłuchowymi. Obecnie i w przyszłości QKD pomaga chronić dane przed potencjalnymi przyszłymi atakami komputerów kwantowych i uważa się, że odgrywa istotną rolę w zabezpieczaniu sieci z danymi o wysokiej wartości, takimi jak infrastruktura krytyczna, dane rządowe, policyjne i sądowe oraz dane finansowe. QuTech - współpraca między TU Delft i TNO - jest jednym z wiodących na świecie instytutów technologii kwantowej i opracował specjalną technologię MDI-QKD, na której opiera się platforma testowa. MDI-QKD (niezależny od urządzenia pomiarowego QKD) oferuje szereg korzyści w zakresie bezpieczeństwa i efektywności kosztowej przy budowaniu większych sieci w porównaniu z istniejącym QKD typu punkt-punkt.