Os computadores quânticos levantam e respondem a novas questões no campo da segurança.

Computação quântica e comunicações quânticas; esses conceitos foram inventados há apenas 30 anos, depois que as revistas científicas se recusaram a publicar publicações anteriores sobre esses assuntos porque pareciam mais com ficção científica. Hoje em dia, os sistemas quânticos realmente existem, com alguns deles chegando à fase de vendas comerciais. Os computadores quânticos levantam e respondem a novas questões no campo da segurança, principalmente na criptografia.

Vivemos em um mundo de ondas de rádio e sinais eletromagnéticos: Wi-Fi, GSM, TV via satélite e GPS, sintonizador FM e câmera de velocidade são apenas alguns exemplos do uso de ondas eletromagnéticas em nosso dia a dia. Claro, os computadores são parte integrante deste ecossistema, seja um mainframe, laptop ou smartphone. Uma característica muito importante dos sinais eletromagnéticos é a mensurabilidade. É muito fácil ler todos os parâmetros de um sinal sem a introdução de alterações, e esta é a razão exata pela qual quase todas as tecnologias citadas hoje estão equipadas com criptografia, que protegem as informações transmitidas de serem lidas ou alteradas por terceiros. Normalmente, as partes que se comunicam não têm outro canal para conversar, e os desenvolvedores do criptossistema resolveram de forma brilhante um problema muito complicado – como negociar uma chave de criptografia secreta quando toda a comunicação pode ser observada por outras pessoas. A solução para esse problema é a base de todos os sistemas de proteção modernos, e os computadores quânticos podem quebrá-la. A criptografia quântica se tornará uma solução de segurança de próxima geração? Vamos descobrir.

 

O slogan

 

Os nomes “computação quântica” e “criptografia quântica” são precisos. Esses sistemas são baseados em efeitos quânticos como superposição e emaranhamento de micropartículas.

Um computador quântico é inutilizável para a maioria das tarefas diárias, mas é capaz de resolver rapidamente alguns problemas matemáticos para algoritmos de criptografia modernos.

A principal diferença entre computadores comuns e quânticos é uma unidade de dados. Enquanto um computador comum usa bits e bytes, que são estritamente 0 ou 1, um computador quântico usa qubits (bits quânticos), que podem estar em vários estados simultaneamente. Parece confuso e é ainda mais confuso de implementar, mas anos de pesquisa mostram claramente que funciona. Um computador quântico é totalmente diferente de um computador comum e quase não é possível usá-lo para o Tetris, mas tem um desempenho muito melhor na resolução de tarefas relacionadas à probabilidade ou à otimização.

A lista de tarefas, que pode ser dramaticamente acelerada usando a computação quântica, é bastante longa: otimizações logísticas, sequenciamento de DNA, previsões do mercado de ações e chaves criptográficas de força bruta. Vale ressaltar que tudo no mundo quântico é complicado e exige muito esforço ler uma “resposta” dada por um computador quântico. No entanto, cada tarefa é executada várias vezes e não demora muito. Portanto, é possível obter uma resposta final (leia-se: chave de criptografia) comparando os resultados dessas execuções.

Mergulho profundo : sistemas modernos no núcleo de SSL, HTTPS, VPN , etc., são normalmente dados criptografados usando uma chave secreta e algoritmo simétrico. É o mesmo nos lados do emissor e do receptor (portanto simétricos), que negociam uma chave secreta no início da sessão usando outro criptosistema assimétrico. O algoritmo assimétrico é usado apenas para negociação de chave secreta porque é computacionalmente pesado.

A segurança do criptosistema assimétrico é baseada na resolução da complexidade de algum problema matemático. por exemplo, fatoração inteira de números muito grandes (algoritmo RSA). Leva um tempo perceptível apenas para multiplicar ou dividir números tão grandes, para não dizer nada sobre tentar vários números em ordem. Portanto, a configuração do criptossistema assume que um espião pode espionar a conexão, mas levará uma quantidade excessiva de tempo (de dezenas a milhões de anos, dependendo do comprimento da chave) para calcular uma chave secreta e descriptografar a conexão.

Acontece que os computadores quânticos podem ajudar aqui. Usando o algoritmo de Shor, um computador quântico chega a um estado final correspondente a problemas matemáticos resolvidos muito rapidamente, quase tão rápido quanto um computador comum que multiplica alguns números. Apesar de alguns problemas extras, como a necessidade de executar essa tarefa várias vezes e a leitura complicada de resultados com a ajuda de computadores clássicos, um computador quântico pode encontrar os grandes números necessários muito rapidamente, ajudando um invasor a calcular a chave secreta e descriptografar a mensagem.

A propósito, bons algoritmos simétricos, por exemplo, AES, não têm falhas que permitem esse tipo de aceleração de força bruta dramática. Pelas estimativas existentes, a chave AES de força bruta de 256 bits em um computador quântico é igual a AES de força bruta de 128 bits em um computador clássico, portanto, os níveis de segurança permanecem muito altos.

 

Onde as coisas mudam…

 

Os computadores quânticos não residem na área de trabalho de qualquer outro hacker adolescente que deseja espionar as sessões de seus colegas no Facebook por um bom motivo. A criação de um computador quântico em grande escala envolve muitos desafios de engenharia que alguns especialistas consideram impossíveis de realizar. O principal desafio é garantir que os qubits estejam emaranhados, porque cada sistema quântico tende a entrar em colapso em um estado clássico, sem propriedades indeterminadas valiosas. Não podemos deixar de mencionar o sofredor gato de Schrödinger aqui, que eventualmente não pode ficar vivo e morto simultaneamente – um computador quântico, no entanto, deve manter esse estado milagroso por um tempo suficiente para realizar cálculos e medir os resultados.

Os protótipos modernos podem manter esse estado por milissegundos e, em alguns casos, alguns segundos. A tarefa se torna cada vez mais complicada quando a contagem de qubit também aumenta. Para quebrar os criptosistemas, os computadores devem ter 500-2000 qubits (dependendo do algoritmo e comprimento da chave), m