Hvernig á að framtíðartryggja tölvuna þína: Hvað er skammtavernd?

Með komu skammtafræðiVið stöndum frammi fyrir ein mesta áskorun upplýsingaöryggis í allri sögunniEf áður var nóg að nota reiknirit sem ómögulegt var að ráða í með hefðbundinni tölvuvinnslu, þá hefur staðan nú gjörbreyst. skammtavernd Það kemur fram sem nýr skjöldur sem getur verndað gögn okkar, viðskipti og samskipti gegn skammtafræðilegum ofurtölvum sem gætu gert hefðbundin kerfi gagnslaus.

Í þessari grein munt þú uppgötva hvað skammtavernd er, hvers vegna það er mikilvægt að skilja hana í dag og hvernig hún mun hafa áhrif á hvernig upplýsingar eru varðveittar öruggar fyrir einstaklinga, fyrirtæki og opinberar stofnanir.

Hvað er skammtafræðileg afhjúpun og hvers vegna er hún mikilvæg?

La skammtavernd, einnig þekkt sem skammtaöryggi, nær yfir þá tækni og aðferðir sem miða að því að Varðveita trúnað, heiðarleika og aðgengi upplýsinga í heimi þar sem skammtatölvur eru til staðar.

Það verður að gera ljóst að hættan er ekki tilgáta: skammtafræði er að þróast á svimandi hraða og þegar hún nær viðskiptalegum þroska mun hún hafa... svo mikla reiknigáfu að það verði hægt að brjóta helstu dulritunaralgrím sem í dag nota internetið, fyrirtæki, ríki og jafnvel rafræna DNI.

Þetta þýðir að hefðbundnar dulkóðunaraðferðir, sama hversu öflugar þær eru, verða viðkvæmar. Þess vegna skammtavernd Það festir sig í sessi sem nýtt viðmið og notar meginreglur skammtafræðinnar til að bæta gagnaöryggi og þróa reiknirit sem eru ónæm fyrir árásum frá skammtaofurtölvum.

Lyklarnir að skammtavernd felast ekki aðeins í þeirri tegund reiknirita sem notuð eru, heldur einnig í því hvernig lyklarnir að dulkóða og afkóða upplýsingar eru dreift og stjórnað.Háþróuðustu aðferðirnar sameina skammtadulritun (byggða á skammtafræðinni sjálfri) og póst-skammta dulritun (reiknirit sem eru hönnuð til að standast jafnvel mjög öflugar skammtatölvur).

Hvaða ógnir stafa af skammtafræði fyrir stafrænt öryggi?

Til að skilja hvers vegna við tölum svona mikið um skammtavernd verður þú fyrst að skilja Hvernig skammtafræði ógnar öryggi eins og við þekkjum þaðSkammtatölvur, ólíkt hefðbundnum tölvum, vinna ekki með bita sem geta aðeins verið 0 eða 1, heldur með qubits sem getur verið í báðum ástöndum á sama tíma (þökk sé skammtafræðilegri ofursetningu).

Þessi eiginleiki gerir ákveðnar stærðfræðilegar aðgerðir, sem áður voru ómögulegar eða tóku hundruð ára með klassískum tölvum, framkvæmanlegar á nokkrum mínútum eða klukkustundum. Dæmi um þetta er Reiknirit Shors, sem myndi leyfa skammtatölvu að brjóta mjög stórar tölur niður í frumþætti nánast samstundis og þar með ógilda öryggi kerfa eins og RSA o ECC (dulritun sporöskjulaga ferils).

Afleiðingar þessarar tækniframfara eru gríðarlegar:

• Áhætta fyrir opinbera og einkalyklaNúverandi dulkóðunarkerfi, eins og þau sem vernda banka og tölvupóst, væru viðkvæm.
• Tap á trúnaðiGögn sem eru vernduð í dag gætu orðið fyrir barðinu á morgun ef einhver geymir þau í bið eftir að hafa nægjanlegt skammtaafl til að brjóta þau („geymið núna, afkóðið síðar“ árás).
• Flóknari netárásirNetglæpamenn og ríki munu hafa ný verkfæri til að ráðast á mikilvæga innviði.

Tengd grein:

Algjör áhyggjuefni: Bitcoin verður fyrir fyrstu skammtaárás í sögunni

Meginreglur og grunnatriði skammtadulritunar

Kjarninn í skammtavernd er skammtafræðileg dulritun, sem byggir ekki á því að gera ráð fyrir að stærðfræðilegt vandamál sé erfitt, heldur á því að beita lögmálum skammtafræðinnar beint. Nokkrar grundvallarreglur eru í gangi sem bjóða upp á fræðilega óbrjótanlega öryggi:

• SkerastAgnir eins og ljóseindir geta verið í nokkrum ástöndum samtímis (0 og 1 á sama tíma).
• SkammtaflækjaTvær flæktar agnir geta breytt ástandi sínu samstundis um leið og hin er mæld, óháð fjarlægðinni á milli þeirra.
• Óvissuregla HeisenbergsÞað er ómögulegt að mæla skammtakerfi án þess að raska því; sérhver tilraun til að hlera skammtalykil skilur eftir sig spor sem hægt er að greina.

Þessar eðlisfræðilegu meginreglur gera kleift að smíða lykilflutningskerfi þar sem öll hlerun er strax greinanleg. Algengasta notkunin er skammtafræðileg lykildreifing (QKD), sem er meginstoð núverandi skammtadulkóðunar.

Hvernig virkar dreifing skammtalykla (QKD)?

La QKD Þetta er byltingarkennd aðferð til að búa til og deila leynilykli milli tveggja aðila (t.d. Alice og Bob) með því að nota skautaðar ljóseindirAðeins viðtakandinn getur lesið lykilinn rétt, þar sem hver tilraun til að hlera hann breytir skammtafræðilegu ástandi ljóseindanna og afhjúpar innbrotið.

Fyrsta almennt viðurkennda QKD samskiptareglan er BB84, þróað árið 1984 af Charles Bennett og Gilles Brassard. Það virkar svona:

1. Alice sendir skautaðar ljóseindir (hver getur táknað 0 eða 1, allt eftir stefnu sinni) til Bobs í gegnum örugga ljósleiðara.
2. Bob mælir ljóseindirnar með handahófskenndum síum og bera síðan báðir saman (í gegnum opinbera rás) stefnurnar sem notaðar voru.
3. Þeir geyma aðeins bitana (gildin) sem samsvara þeim tilvikum þar sem báðir notuðu sömu stefnu; þetta er kjarninn í sameiginlega leynilyklinum.

Önnur mikilvæg nýjung er samskiptareglur E91, eftir Artur Ekert, sem byggir á skammtaflækju til að styrkja enn frekar öryggi gegn hvers kyns njósnum.

Kostir og gallar skammtaverndar samanborið við hefðbundna dulritun

La skammtafræðileg dulritun Það býður upp á fjölda sérstakra kosta umfram hefðbundnar aðferðir:

• Skilyrðislaust öryggibyggir á lögmálum eðlisfræðinnar, ekki stærðfræðilegum forsendum.
• Uppgötvun hlerunarSérhver tilraun til njósna er óhjákvæmilega sýnileg vegna breytinga á qubitunum.
• Viðnám gegn skammtafræðiNúverandi skammtafræðilegar aðferðir er ekki hægt að brjóta með skammtatölvum, ólíkt hefðbundinni dulritun.

Ókostir þess eru meðal annars:

• Takmarkaðar vegalengdirLjóseindir brotna niður í langdrægum ljósleiðurum, þótt gervihnettir og endurvarpar séu að þróast hratt.
• Hár kostnaðurInnleiðing QKD-kerfa krefst fjárfestingar í sérhæfðum búnaði og innviðum sem eru enn í þróun.
• hagnýtar áskoranirFræðilegt öryggi gæti haft veikleika í raunverulegum tækjum og stillingum.

Tegundir og samskiptareglur innan skammtaverndar

Sviðið felur í sér ýmsar aðferðir, sem hver um sig beinist að mismunandi þáttum samskipta og geymslu:

• Dreifing skammtalykla (QKD): til að skiptast á leynilyklum á öruggan hátt.
• SkammtamyntTilraunaaðferðir til að ná samstöðu og staðfestingu milli ótreystra aðila.
• Stafrænar undirskriftir í skammtafræði: til að staðfesta áreiðanleika skilaboða og færslna.
• ViðbótarreglurSkammtafræðileg ómeðvituð flutningur, staðsetningartengd kerfi og aðrar háþróaðar tilraunir í dulritunarfræði.

Notkunartilvik og hagnýt notkun skammtaverndar

Umsóknir skammtavernd Þau eru þegar orðin að veruleika í mörgum geirum, bæði opinberum og einkageiranum:

• Stjórnvöld og varnarmál: vernd trúnaðarupplýsinga og mikilvægra kerfa.
• Fjármál og bankastarfsemiÖrugg sending trúnaðargagna og viðkvæmra færslna.
• Mikilvægar innviðirRafkerfi, heilbrigðiskerfi og fjarskipti sem hafa ekki efni á upplýsingaleka.
• Skammtafræðileg samskiptanetverkefni eins og kínverski gervihnötturinn Micius og net í Evrópu og Ameríku.
• Öryggi í kosningumPrófanir í sveitarstjórnarkosningum í Sviss til að tryggja gagnsæi og áreiðanleika.

Þessi dæmi sýna að Skammtadulritun er þegar vaxandi veruleiki og ekki bara framtíðarloforð.Fyrirtæki og stjórnvöld eru að fjárfesta í þessari tækni til að tryggja vernd mikilvægra stafrænna eigna.

Tæknilegar áskoranir og hindranir við skammtavernd

Víðtæk innleiðing stendur frammi fyrir hindrunum eins og:

• Málefni um umfangÞekking QKD kerfa í gegnum ljósleiðara er enn takmörkuð, þó að gervihnettir og endurvarpar séu að bæta þetta ástand.
• SamvirkniSamþætting nýrrar skammtafræðitækni við núverandi kerfi krefst flókinna breytinga og alþjóðlegs samstarfs.
• Háir kostnaðurSérhæfður búnaður er enn umtalsverð fjárfesting fyrir margar stofnanir.
• Þróun vélbúnaðarKvantatæki krefjast mikillar nákvæmni og stöðugleika og eru enn á þróunarstigi.
• Þróun reglugerðaStaðlar og samskiptareglur eru enn í þróun og alþjóðleg reglugerð er ekki enn að fullu skilgreind.

Umskipti yfir í skammtavernd: hvernig á að undirbúa sig

La aðlögun að skammtaöryggi Þetta hefur þegar hafist í mikilvægum geirum og hjá leiðandi fyrirtækjum eins og IBM, Google og Apple. Mælt er með að fylgja þessum skrefum:

• Meta skammtafræðilega áhættu: Greina hvaða gögn og kerfi þurfa langtímavernd.
• Gerðu grein fyrir dulritunarinnviðumGreina hvaða núverandi samskiptareglur þarfnast uppfærslu til að standast skammtaárásir.
• Innleiða reiknirit eftir skammtafræði: smám saman að færast í átt að lausnum sem eru ónæmar fyrir framtíðarárásum.
• Þjálfun í skammtafræðitækniþjálfa tæknilegt og stefnumótandi starfsfólk til að tryggja skilvirka umskipti.
• Fínstilltu blendingalausnirNotið samsetningar af klassískri og skammtadulkóðun við umskiptin.

Það er mikilvægt að bregðast við snemma, því þegar skammtatölvur eru raunveruleg ógn verður flutningur mun flóknari og kostnaðarsamari.

Helstu þróun og staðlar fyrir skammtavernd

Framtíðin felst í því að skapa trausta staðla og efla alþjóðlegt samstarf, með stofnunum eins og NISTMikilvægar framfarir hafa átt sér stað, svo sem:

• Val og prófun á eftir-kvantum reikniritum sem gæti orðið skylda til að vernda mikilvægar upplýsingar.
• Þróun Viðskiptainnviðir QKD í tilraunanetum og í raunverulegu umhverfi.
• Frumkvæði eins og Fjármálaráðstefna um örugga skammtafræði (QSFF), í samstarfi við banka og fjármálastofnanir til að bæta verndina.
• Skuldbinding fjarskiptafyrirtækja, skýjaþjónustu og mikilvægra innviðakerfa.

Framtíð skammtaverndar og netöryggis

Framfarir í skammtafræði eru tækifæri til að endurskilgreina stafrænt öryggi, ekki bara áskorun. Næstu skref, með alþjóðlegu samstarfi um tilraunir, staðla og innleiðingu, færa nær tíma þar sem dulritun verður jafn örugg og eðlisfræðilegu lögmálin sem liggja að baki henni.

La skammtavernd Það er að koma fram sem lykilþáttur í að vernda gögn okkar, samskipti og stafrænar eignir á tímum þar sem eðlisfræði og stærðfræði vinna saman að því að byggja upp öruggara umhverfi.

Daníel Terrasa

Ritstjóri sérhæfður í tækni- og netmálum með meira en tíu ára reynslu í mismunandi stafrænum miðlum. Ég hef starfað sem ritstjóri og efnishöfundur fyrir rafræn viðskipti, samskipti, markaðssetningu á netinu og auglýsingafyrirtæki. Ég hef einnig skrifað á vefsíður hagfræði, fjármála og annarra geira. Vinnan mín er líka ástríða mín. Nú, í gegnum greinar mínar í Tecnobits, Ég reyni að kanna allar fréttir og ný tækifæri sem tækniheimurinn býður okkur á hverjum degi til að bæta líf okkar.