Ny habetsahan'ny fitaovana fiarovana amin'ny ordinatera - fomba farany na fantsika ao anaty vatam-paty? Rehefa manana qubit an-tapitrisany isika

Amin'ny lafiny iray, ny computing quantum dia toa fomba fanafenana "tonga lafatra" sy "tsy azo rava" izay hanakana ny olona rehetra tsy hijirika amin'ny solosaina sy data. Etsy ankilany, nisy ihany koa ny tahotra sao tsy hampiasa sempotra ny teknolojia quantum ny « olon-dratsy »...

Volana vitsivitsy lasa izay, tao amin'ny Letters on Applied Physics, ny mpahay siansa avy any Chine dia nanolotra ny haingana indrindra quantum random number generator (Quantum random number generator, QRNG) miasa amin'ny fotoana tena izy. Nahoana no zava-dehibe izany? Satria ny fahaizana mamorona isa (tena) kisendrasendra no fanalahidin'ny encryption.

Ny ankamaroany Ny rafitra QRNG Amin'izao fotoana izao dia mampiasa singa elektronika sy photonic discrete izy io, saingy mbola fanamby ara-teknika lehibe ny fampidirana ireo singa ireo amin'ny faritra mitambatra. Ny rafitra novolavolain'ny vondrona dia mampiasa indium germanium photodiodes sy ny fanamafisam-peo transimpedance mitambatra amin'ny rafitra fotonika silisiôna (1) ao anatin'izany ny rafi-pifandraisana sy attenuator.

Ny fitambaran'ireo singa ireo dia mamela QR MALAGASY rehefa mahita famantarana avy amin'ny loharanon'ny entropy quantum miaraka amin'ny valinteny matetika nohatsaraina. Raha vantany vao hita ny famantarana kisendrasendra, dia karakarain'ny matrix vavahady azo zahana izay maka isa tena kisendrasendra avy amin'ny angona manta. Ny fitaovana vokarina dia afaka mamoaka isa efa ho 19 gigabits isan-tsegondra, firaketana eran-tany vaovao. Ny isa kisendrasendra dia azo alefa amin'ny solosaina rehetra amin'ny alalan'ny tariby fibre optique.

Famoronana isa quantum random fototra kriptografika. Ireo mpamokatra nomerao mahazatra mahazatra matetika dia miantehitra amin'ny algorithm fantatra amin'ny anarana hoe mpamokatra nomerao pseudo-random, izay, araka ny soso-kevitry ny anarana, dia tsy tena kisendrasendra ary noho izany dia mety ho marefo. ambony Optical quantum number generators Misy orinasa tena kisendrasendra toa ny Quantum Dice sy IDQuantique miasa miaraka amin'ny hafa. Efa ampiasana ara-barotra ny vokatra azony.

izay mifehy ny fomba fiasan'ny zavatra ara-batana amin'ny mizana kely indrindra. Ny equivalent quantum amin'ny bit 1 na bit 0 dia qubit. (2), izay mety ho 0 na 1 ihany koa, na ao amin'ny antsoina hoe superposition - izay fitambaran'ny 0 sy 1. Ny fanaovana kajy amin'ny bitika klasika roa (izay mety ho 00, 01, 10, ary 11) dia mitaky dingana efatra.

afaka manao kajy amin'ny fanjakana efatra miaraka izy io. Mitombo tsikelikely izany - ny arivo qubits dia mety ho mahery kokoa noho ny supercomputer matanjaka indrindra eran-tany. Hevitra iray hafa momba ny quantum izay tena ilaina amin'ny computing quantum dia fifanjevoanaNoho izay qubits dia azo ampifandraisina amin'ny fomba izay mamaritra azy ireo amin'ny fanjakana quantum iray. Ny fandrefesana ny iray amin'izy ireo dia mampiseho avy hatrany ny toetry ny iray hafa.

Ny entanglement dia zava-dehibe amin'ny cryptography sy ny fifandraisana quantum. Na izany aza, ny mety ho an'ny computing quantum dia tsy miankina amin'ny fanafainganana ny computing. Fa kosa, manome tombony mihoa-pampana amin'ny karazana olana sasany, toy ny fanaovana kajy isa be dia be, izay hisy fiantraikany lehibe amin'ny cybersecurity.

Ny asa maika indrindra computing quantum dia ny mamorona qubits mahazaka fahadisoana ampy mba hamahana ny mety hisian'ny computing quantum. Ny fifandraisana misy eo amin'ny qubit sy ny tontolo iainany dia manimba ny kalitaon'ny fampahalalana ao anatin'ny microseconds. Sarotra sy lafo ny manasaraka ny qubit amin'ny tontolo iainany, ohatra amin'ny fampangatsiahana azy ireo amin'ny maripana manakaiky ny aotra tanteraka. Mitombo ny tabataba rehefa mitombo ny isan'ny qubits, mitaky teknika fanitsiana diso.

dia voarindra amin'izao fotoana izao avy amin'ny vavahadin'ny lojikan'ny quantum tokana, izay mety ekena ho an'ny solosaina bitika prototype quantum, saingy tsy azo ampiharina raha resaka qubits an'arivony. Vao haingana, ny orinasa sasany toa an'i IBM sy Classiq dia namolavola sosona abstract kokoa ao amin'ny stack fandaharana, ahafahan'ny developer manangana rindranasa quantum matanjaka hamahana ny olan'izao tontolo izao.

Mino ny matihanina fa ny mpilalao sarimihetsika manana fikasana ratsy dia afaka manararaotra tombony amin'ny computing quantum mamorona fomba fiasa vaovao amin'ny fanitsakitsahana cybersecurity. Afaka manao hetsika izay mety ho lafo loatra amin'ny ordinatera mahazatra izy ireo. Miaraka amin'ny ordinatera quantum, ny hacker dia afaka mamakafaka haingana ny angon-drakitra ary manomboka fanafihana be pitsiny amin'ny tambajotra sy fitaovana marobe.

Na dia amin'izao fotoana izao aza dia toa tsy azo inoana fa amin'ny fivoaran'ny teknolojia amin'izao fotoana izao, ny firongatry ny computing quantum tanjona ankapobeny dia tsy ho ela dia ho hita ao amin'ny rahona ho fotodrafitrasa toy ny sehatra serivisy, ka mahatonga azy io ho an'ny mpampiasa marobe.

Tamin'ny taona 2019, nanambara i Microsoft fa hanolotra izany computing quantum ao amin'ny rahona Azure anao, na dia hametra ny fampiasana azy ireo hisafidianana mpanjifa aza izany. Ao anatin'ity vokatra ity, ny orinasa dia manome vahaolana quantum toy ny Solvers i algorithms, rindrambaiko quantum, toy ny simulators sy ny fitaovana fanombanana ny loharanon-karena, ary koa ny hardware quantum miaraka amin'ny maritrano qubit isan-karazany izay mety hohararaotin'ny hackers. Ny mpamatsy hafa amin'ny serivisy computing rahona quantum dia IBM sy Amazon Web Services (AWS).

Ny ady amin'ny algorithms

Ciphers nomerika mahazatra miantehitra amin'ny raikipohy matematika sarotra hamadika ny angon-drakitra ho hafatra miafina ho fitahirizana sy fandefasana. Izy io dia ampiasaina hanodinana sy hamadika ny angona. fanalahidy nomerika.

Noho izany, manandrana manapaka ny fomba fanafenana ny mpanafika mba hangalarana na hanovana ny vaovao voaaro. Ny fomba mazava hanaovana izany dia ny manandrana ny fanalahidy rehetra mba hamaritana ny iray izay hamadika ny angon-drakitra hiverina amin'ny endrika mora vakiana. Ny dingana dia azo atao amin'ny fampiasana ordinatera mahazatra, saingy mitaky ezaka sy fotoana be dia be.

Misy izy ireo amin'izao fotoana izao karazana encryption roa lehibe: symmetricmiaraka amin'izay koa, ny lakile iray ihany no ampiasaina amin'ny encryption sy decryption data; ary koa asymmetrika, izany hoe, miaraka amin'ny fanalahidin'ny daholobe izay misy fanalahidy roa mifandray amin'ny matematika, ny iray amin'izy ireo dia azon'ny besinimaro ahafahan'ny olona manisy encryption hafatra ho an'ny tompon'ny mpivady fanalahidy, ary ny iray hafa dia tazonin'ny tompony manokana mba hamadika ny rakitra. hafatra.

W encryption symmetric ny lakile iray ihany no ampiasaina amin'ny fanafenana sy famongorana ny angona nomena. Ohatra iray amin'ny algorithm symmetric: Advanced Encryption Standard (AES). AES algorithm, noraisin'ny governemanta amerikana, dia manohana habe telo lehibe: 128-bit, 192-bit, ary 256-bit. Ny algorithm symmetric dia matetika ampiasaina amin'ny asa fanafenana marobe toy ny fanafenana angon-drakitra lehibe, rafi-drakitra ary fahatsiarovana zavatra.

W asymmetric encryption Ny angon-drakitra dia voarakotra amin'ny lakile iray (matetika antsoina hoe fanalahidin'ny daholobe) ary voahidy amin'ny fanalahidy hafa (matetika antsoina hoe fanalahidy manokana). Fampiasa matetika Rivest algorithm, Shamira, Adleman (RSA) dia ohatra iray amin'ny algorithm asymmetric. Na dia miadana kokoa noho ny encryption symmetric aza izy ireo, ny algorithm asymmetric dia mamaha ny olan'ny fizarana fototra, izay olana lehibe amin'ny encryption.

kriptografika fanalahidy ho an'ny daholobe izy io dia ampiasaina amin'ny fifanakalozana azo antoka amin'ny fanalahidin'ny simetrika sy amin'ny fanamarinana nomerika na fanasoniavana hafatra, antontan-taratasy ary mari-pankasitrahana izay mampifandray ny fanalahidin'ny daholobe amin'ny mombamomba ny tompony. Rehefa mitsidika tranokala azo antoka mampiasa protocols HTTPS izahay, dia mampiasa kriptografika fanalahidin'ny daholobe ny navigateur mba hanamarinana ny mari-pankasitrahana an'ny vohikala ary manangana fanalahidin'ny symmetrika hanafenana ny fifandraisana mankany sy avy amin'ny tranokala.

Satria azo ampiharina fampiharana Internet rehetra samy mampiasa izy roa kriptografika simetrikaи kriptografika fanalahidy ho an'ny daholobeireo endrika roa ireo dia tsy maintsy azo antoka. Ny fomba tsotra indrindra hanesorana ny kaody dia ny manandrana ny fanalahidy rehetra azo atao mandra-pahazoanao izay miasa. Solosaina mahazatra vitan'izy ireo fa sarotra be.

Ohatra, tamin'ny Jolay 2002, nanambara ny vondrona fa nahita fanalahidy symmetric 64-bit izy ireo, saingy nitaky ezaka olona 300. olona nandritra ny efa-taona sy tapany mahery niasa. Ny lakile iray avo roa heny noho ny halavany, na 128 bit, dia hanana vahaolana sextillion mihoatra ny 300, ny isany dia aseho ho 3 sy aotra. na dia supercomputer haingana indrindra eran-tany Mila an'arivo tapitrisany taona vao hita ny fanalahidy mety. Na izany aza, ny teknikan'ny computing quantum antsoina hoe Grover's algorithm dia manafaingana ny dingana amin'ny famadihana ny lakile 128-bit ho lasa solosaina mitovy amin'ny key 64-bit. Fa ny fiarovana dia tsotra - ny fanalahidy dia tsy maintsy halavaina. Ohatra, ny fanalahidy 256-bit dia manana fiarovana mitovy amin'ny fanafihana quantum toy ny fanalahidy 128-bit amin'ny fanafihana mahazatra.

kriptografika fanalahidy ho an'ny daholobe na izany aza, olana lehibe kokoa izany noho ny fomba fiasan'ny matematika. Malaza amin'izao andro izao Algorithm encryption key publicantsoina hoe Afrika Atsimo, Diffiego-Hellman i kriptografika curve elliptic, mamela anao hanomboka amin'ny fanalahidin'ny daholobe izy ireo ary kajy amin'ny matematika ny lakile manokana nefa tsy mandalo amin'ny fahafaha-manao rehetra.

izy ireo dia afaka manapaka vahaolana fanafenana izay ny fiarovana dia mifototra amin'ny factorization ny integers na discrete logarithms. Ohatra, amin'ny fampiasana ny fomba RSA ampiasaina betsaka amin'ny e-varotra, ny fanalahidy manokana dia azo kajy amin'ny alàlan'ny fametahana isa iray izay vokatry ny isa roa voalohany, toy ny 3 sy 5 ho an'ny 15. Hatramin'izao, ny fanafenana fanalahidy ho an'ny daholobe dia tsy azo vakiana. . Research Peter Shore tao amin'ny Massachusetts Institute of Technology 20 taona mahery lasa izay dia nampiseho fa azo atao ny manapaka ny encryption asymmetric.

dia afaka mamaky hatramin'ny 4096-bit tsiroaroa ao anatin'ny ora vitsivitsy monja mampiasa teknika antsoina hoe Shor's algorithm. Na izany aza, io no idealy solosaina quantum amin'ny ho avy. Amin'izao fotoana izao, ny isa lehibe indrindra kajy amin'ny solosaina quantum dia 15 - ny totalin'ny 4 bit.

na dia algorithm symmetric Tsy tandindomin-doza ny algorithm an'i Shor, ny herin'ny computing quantum dia manery ny habe lehibe hampitomboina. ohatra solosaina lehibe mitantana ny algorithm an'i Grover, izay mampiasa teknika quantum hanontaniana haingana dia haingana ny angon-drakitra, dia afaka manome fampivoarana avo efatra heny amin'ny fanafihana mahery vaika manohitra ny algorithm encryption symmetrika toy ny AES. Mba hiarovana amin'ny fanafihana mahery vaika, avo roa heny ny haben'ny fanalahidy mba hanomezana fiarovana mitovy. Ho an'ny algorithm AES, midika izany fa mampiasa fanalahidy 256-bit mba hitazonana ny tanjaky ny fiarovana 128-bit ankehitriny.

androany Fampiharana RSA, endrika fanafenana be mpampiasa indrindra, indrindra rehefa mampita angon-drakitra saro-pady amin'ny Internet, dia mifototra amin'ny isa 2048-bit. Tombanan’ny manam-pahaizana izany solosaina quantum mila 70 tapitrisa qubits ny handrava an'io encryption io. Koa satria Amin'izao fotoana izao, ny ordinatera quantum lehibe indrindra dia tsy mihoatra ny zato qubits. (na dia manana fikasana hahatratra iray tapitrisa aza ny IBM sy Google amin'ny taona 2030), dia mety ho elaela vao hiseho ny tena fandrahonana, saingy noho ny fihazakazaky ny fikarohana ao amin'io sehatra io dia tsy azo lavina fa ny solosaina toy izany dia hivoaka. haorina ao anatin'ny 3-5 taona manaraka.

Ohatra, ny Google sy ny KTH Institute any Soeda dia voalaza fa nahita "fomba tsara kokoa". Ny solosaina quantum dia afaka manao kajy amin'ny fanitsakitsahana ny kaody, fampihenana ny habetsan'ny loharanon-karena ilainy amin'ny alàlan'ny baiko lehibe. Ny taratasin'izy ireo, navoaka tao amin'ny MIT Technology Review, dia nilaza fa ny solosaina misy qubits 20 tapitrisa dia afaka mamakivaky isa 2048-bit ao anatin'ny 8 ora.

Post-quantum cryptography

Niasa mafy ny mpahay siansa tato anatin'ny taona vitsivitsy encryption "quantum-safe".. Ny American Scientist dia mitatitra fa ny US National Institute of Standards and Technology (NIST) dia efa mamakafaka teknika vaovao 69 mety ho antsoina hoe "post-quantum cryptography (PQC)". Na izany aza, io taratasy io ihany dia manondro fa ny fanontaniana momba ny famoretana ny kriptografika maoderina amin'ny alàlan'ny ordinatera quantum dia mbola mitombina amin'izao fotoana izao.

3. Ny iray amin'ireo modely kriptografika mifototra amin'ny harato dia natsangana.

Na izany na tsy izany, araka ny tatitra 2018 avy amin'ny National Academy of Sciences, Engineering and Medicine, "tsy maintsy amboarina sy ampiharina amin'izao fotoana izao ny kriptografika vaovao, na dia tsy voaorina ao anatin'ny folo taona aza ny solosaina quantum afaka manapaka ny kriptografika ankehitriny." . Ny solosaina quantum mpandika kaody ho avy dia mety hanana hery fanodinana in-jato hetsy mahery ary mihena ny tahan'ny fahadisoana, ka mahatonga azy ireo ho afaka miady amin'ny fomba fanao amin'ny cybersecurity maoderina.

Amin'ireo vahaolana antsoina hoe "cryptography post-quantum" dia fantatra, indrindra fa ny orinasa PQShield. Ny matihanina amin'ny fiarovana dia afaka manolo ny algorithm kriptografika mahazatra amin'ny algorithm amin'ny tambajotra. (kriptografika mifototra amin'ny lattice) izay noforonina tamin'ny fitandroana ny filaminana. Ireo fomba vaovao ireo dia manafina angona ao anatin'ny olana matematika sarotra antsoina hoe lattices (3). Sarotra voavaha ny rafitra algebra toy izany, ahafahan'ny cryptographers miaro ny vaovao na dia eo aza ny solosaina quantum mahery.

Araka ny filazan'ny mpikaroka iray IBM, Cecilia Boscini, ny kriptografika mifototra amin'ny tambajotra mesh dia hisoroka ny fanafihana amin'ny ordinatera quantum amin'ny ho avy, ary koa manome ny fototry ny encryption homomorphic feno (FHE), izay ahafahan'ny mpampiasa manao kajy amin'ny rakitra tsy mijery ny angon-drakitra na mampiseho izany amin'ny hackers.

Fomba iray hafa mampanantena fizarana key quantum (Fahombiazana). Fizarana Quantum ny lakile QKD (4) dia mampiasa zava-mitranga amin'ny mekanika quantum (toy ny fikorontanana) mba hanomezana fifanakalozana miafina tanteraka amin'ny fanalahidin'ny fanafenana ary afaka mampitandrina mihitsy aza ny fisian'ny "mpihaino" eo anelanelan'ny teboka roa.

Tamin'ny voalohany dia tamin'ny fibre optique ihany no nisy an'io fomba io, fa ankehitriny ny Quantum Xchange dia namolavola fomba iray handefasana azy amin'ny Internet ihany koa. Ohatra, fantatra ny fanandramana Shinoa momba ny KKK amin'ny alalan'ny zanabolana amin'ny halavirana arivo kilometatra maromaro. Ankoatra an'i Shina, ny mpisava lalana amin'ity faritra ity dia KETS Quantum Security sy Toshiba.

4. Iray amin'ireo maodelin'ny fizarana lakile quantum, QKD