Kvantové počítače ohrožují šifrování dat

Když šifrujeme svá data za využití soukromých a veřejných klíčů, považujeme to za bezpečné. Ve skutečnosti se jedná pouze o technologii a nic více, novější objevy mohou tuto technologii učinit zastaralou. Kvantové počítače a technologie, která ještě není komercializována, je nebezpečím pro naše soukromé klíče a mohla by je učinit irelevantní.

Nebezpečí, které kvantové počítače přinášejí

Když šifrujete data, kryptografický algoritmus převedete prostý text do „ciphertextu“, a je využíváno unikátníchklíčů k tomuto procesu. Komplementární algoritmus dokáže převést tento ciphertext zpět do obyčejného textu a toto je dešifrování. Tento komplementární algoritmus může být znovu využít tento unikátní klíč. Bez tohoto klíče je dešifrování nemožné. Když využíváte privátních a veřejných klíčů, svůj veřejný klíč sdílíte s ostatními a privátní klíč musí zůstat znám pouze vám k ověřování.

Pokud se hacker může dostat k vašemu privátnímu klíči, může z něj jednoduše vytvořit veřejný klíč. Je ovšem mnohem těžké s veřejného klíče udělat klíč privátní. Tyto klíče jsou spolu propojeny matematickým zákonem – rozkladem prvočíslem. Abych osvěžil vaši paměť, podíváme se, co je rozložení na prvočísla. Číslo 3663 můžeme rozdělit na 3x3x11x37. Větší čísla jsou mnohem horší na rozložení. Počítače, které dnes využíváme, mají problém s rozdělováním velkých čísel. To je přesně důvod, proč je tak těžké z veřejných klíčů vytvořit klíče privátní.

Dnešní počítače jsou klasickými počítači, které reprezentují informace v binárních číslech (bitů) tedy sekvence jedniček a nul. Každý bit drží jednu 0 nebo 1. Technologie, která by toto mohla změnit je technologie kvantových počítačů, kde je využíváno kvantových bitů (qubits). Qubit může mít superpozici 0 a 1, drží tedy oboje čísla najednou. Čím více qubitů, tím více možností lze počítat najednou.

Když kvantové počítače procesují qubity, využívají algoritmu zvaným kvantové brány, které v podstatě operují na všech možných stavech všech qubitů. Kvantové počítače mohou potenciálně operovat mnohem rychleji než naše klasické počítače. To tedy ohrožuje způsob, kterým jsou nyní klíče šifrovány. Kvantové počítače dokáží rozluštit tyto těžké příklady velice rychle.

Symetrický šifrovací algoritmus

S rozdělením na prvočísla také využíváme systému symetrické šifrování. Symetrické šifrování ve zkratce AES funguje velice dobře z důvodu, kolik práce by musel hackerův počítač udělat. 56-ti  bitové zašifrování znamená, že hacker musí prozkoumat 256 klíčů, což je neskutečných 72 057 594 037 927 936 klíčů, aby našli správný klíč. Rychlejší rozdělení na prvočísla vám zde příliš nepomůže. Je zde ovšem Groverův algoritmus může toto číslo snížit na pouhých 228, což je 268 435 467, toto číslo je tedy mnohem snadnější napadnout. Avšak symetrické šifrování má jedno skvělé řešení, dá se délka klíče rozšířit. Experti říkají, že 256-ti by mohla skvěle adresovat tento problém se svými 2256 možnými klíči.

Pokud jste miner kryptoměny, po přečtení těchto řádků si možná říkáte, že jste v bezpečí. Nynější šifrování je možná ohroženo kvantovými počítači, ale vaše těžení je v bezpečí, protože je tento proces chráněn technologii, kterou využívá Bitcoin a Ethereum. Nebude tomu tak navždy. Blockchain je sdílená databáze, kde každý článek má stejnou autoritu a může aktualizovat blockchain pokud je transakce potvrzena. V decentralizované síti jako je blockchain, udržování řádu v transakcích je klíčovým bodem k integritě.

Aktualizování Blockchainu je v podstatě vytváření nového bloku, a to právě mineři dělají se svým proof of work (POW). Tento způsob zaručuje, že někdo transakci kontroluje. Tato kontrola se provádí pomocí matematických příkladů, ve kterých se počítač snaží zadávat jedno číslo rychle zasebou dokud se nenajde to správné. To vyžaduje velice silné počítače. Pokud bude skupina lidí ovládat 50% počítačové síly v tomto systému, mohou donutit systém vyřadit validní transakci předtím než je zapsána na blockchain. To by tedy znamenalo, že by blockchain ztratil svou decentralizaci. Nyní si představte počítač tak silný, že by mohl těch 50% nahradit sám a to jsou právě kvantové počítače.

Pro nyní to ovšem nehrozí, Skupina studentů vypočítala, že než k tomuto dojde, máme alespoň 10 let, než kvantové počítače předeženou obyčejné minery kryptoměn.

Nicméně hrozba pro šifrovací technologie ze strany kvantových počítačů je skutečná a organizace si toto uvědomují. Americká NIST (National Institute for Standards and Technology) se snaží přijít se šifrování, které by bylo odolné proti kvantovým počítačům. Developeři kryptoměn jsou si tohoto nebezpečí také vědomi a berou ho vážně, Quantum Resistant Ledger (QRL) byl vyvinut právě z tohoto důvodu.