Napjainkban széles körben alkalmazunk titkosítást minden olyan esetben, amikor az adatbiztonság kiemelt fontosságú, legyen szó böngészésről, üzenetküldésről, kereskedelmi vagy banki folyamatokról – azonban a technológia fejlődése ezen a téren is új kihívásokat is hoz magával. A kvantumszámítógépek megjelenésével veszélybe kerülhetnek a jelenlegi titkosítási módszerek. De mit jelent ez pontosan, és hogyan változtathatja meg ez a titkosítás jövőjét? Hol tartunk a kvantumszámítás területén 2025 kezdetén?
A jelenlegi titkosítási algoritmusok (mint az RSA vagy az elliptikus görbéken alapuló titkosítás) azért működnek, mert bizonyos típusú matematikai számítások az elterjedt eszközökkel és ismert módszerekkel rendkívüli módon idő- és erőforrásigényesek. Gyakorlatilag belátható, észszerű időn belül lehetetlen elvégezni ezeket. Egy kvantumszámítógép azonban képes lehet az ilyen típusú matematikai problémák hatékony megoldására az úgynevezett Shor-algoritmus segítségével – ami azt jelenti, hogy a jelenlegi titkosítás alapjai elavulttá válhatnak.
A kriptográfia szó a görög kryptós (eltitkolt, elrejtett) és gráphein (írni) szavakból ered. A védelem algoritmikus oldalát, az adatok titkosításának folyamatát jelenti – a titkosítás után csak az tudja értelmezni az adatokat, aki rendelkezik a megfelelő kulccsal a visszafejtéshez. A kvantumkriptográfia ennek egy továbbfejlesztett változata. Lényege, hogy a kommunikáció során nem bonyolult matematikai műveletekre építünk, hanem a kvantummechanika alapelveit használjuk fel.
Kép forrása: Quantumxchange – Quantum Cryptography, Explained
Képzeld el, hogy létezik egy titkos kulcs, amit csak te és a partnered ismerhettek. Neked megvan ez a kulcs, azonban ennek biztonságosan el kell jutnia a másik félhez is. Ha ezt a problémát a kvantumkriptográfia segítségével szeretnéd megoldani, akkor fotonokat (a fény részecskéit) küldesz a partnerednek, amelyek polarizációja hordozza a titkos adatot – például egy foton polarizációja lehet vízszintes, függőleges vagy átlós – ezek a kvantumállapotok kódolják az információt. Az egyik alapelv szerint egy kvantumállapot megfigyelése megváltoztatja az állapotot. Ez azt jelenti, hogy ha egy lehallgató megpróbálja „elolvasni” az adatot, amit fotonok hordoznak, az állapotok azonnal megváltoznak.
A rendszer előnye tehát, hogy ha valaki megpróbál beavatkozni, az azonnal észrevehető, így a kommunikációt senki nem tudja titokban lehallgatni. A kvantumkriptográfia egyik legismertebb alkalmazása a korábbi példával szemléltetett kvantumkulcs-elosztás (Quantum Key Distribution – QKD). Ha valaki megpróbálna belehallgatni az adatáramlásba, az „nyomot hagyna”, és a rendszer ezt azonnal észleli, ezáltal sokkal nehezebb feltörni, mint a hagyományos módszereket. Ezért is tartják a jövőbeli titkosítási technológiák egyik fő elemének.
Amíg a kvantumkriptográfia egyre nagyobb teret nyer, addig a poszt-kvantumtitkosítás is aktív fejlesztés alatt áll. Ez a megközelítés olyan matematikai problémákra épít, amelyeket még a kvantumszámítógépek sem tudnak hatékonyan megoldani. A NIST (National Institute of Standards and Technology) jelenleg is szabványosítási folyamatot végez, hogy kiválassza a leghatékonyabb és legbiztonságosabb algoritmusokat. A kvantumkriptográfia tehát a kvantummechanika alapelveire épül, hogy a kommunikáció teljesen biztonságos legyen, míg a poszt-kvantumtitkosítás klasszikus matematikai módszereket használ olyan algoritmusokkal, amelyek ellenállnak a kvantumszámítógépes támadásoknak.
2024 jelentős előrelépéseket hozott a kvantuminformatika területén, amely az egykor elméleti kutatásokra korlátozódó koncepcióból mára az egyik legizgalmasabb és legígéretesebb technológiai ágazattá vált. A kvantumszámítógépek közelednek a valódi, hatékony gyakorlati alkalmazhatósághoz, amely iparágakat forradalmasíthat a kriptográfiától a gyógyszerfejlesztésig. Azonban az áttörések mellett jelentős kihívások is megoldásra várnak, mielőtt a terület elérheti teljes potenciálját.
A bitek a klasszikus számítógépek alapegységei, amelyek egyértelműen 0 vagy 1 állapotot vehetnek fel, és ezek kombinációjával dolgoznak. Ezzel szemben a kvantumszámítógépek alapegységei, a qubitek egyszerre lehetnek 0 és 1 állapotban is egy úgynevezett szuperpozíció révén. Ez a tulajdonság, valamint az egymással való kvantumösszefonódás képessége lehetővé teszi a qubitek számára, hogy párhuzamosan sokkal több számítási lehetőséget kezeljenek, mint a hagyományos bitek. A kvantuminformáció alapegységeinek, a qubiteknek a stabilizálása mindig is kritikus kihívás volt. Idén azonban jelentősen fejlődtek a hibajavító kódok és a stabilabb qubittípusok, például a topológiai qubitek, amelyek egyre közelebb hozzák a megbízható kvantumszámítást.
A kvantumszámításon alapuló felhőszolgáltatások terjeszkedése tovább növelte a technológia elérhetőségét. Olyan technológiai óriások, mint az IBM, a Google és az Amazon, egyre fejlettebb kvantumprocesszorokat vezettek be az előző év folyamán. Ezek a szolgáltatások lehetővé teszik a vállalkozások és kutatók számára, hogy saját hardver építése nélkül kísérletezzenek a kvantumszámítástechnika alkalmazásaival, ami jelentős mértékben hozzájárulhat különböző kutatási projektek eredményességéhez, gyorsításához.
Mire számíthatunk a közeljövőben? A következő öt év várhatóan kulcsfontosságú lesz az iparág számára. A nyilvános ütemtervek alapján már nem az egyes eredmények vagy kísérletek határozzák meg a sikert, hanem az, hogy a cégek képesek-e betartani közzétett technikai mérföldköveiket. Ez az új „elszámoltathatósági keret” valószínűleg szintén felgyorsítja majd az előrelépéseket. A kvantumszámítógépek és a kapcsolódó technológiák fejlődésével egyre inkább szükségessé válik új, korszerűbb titkosítási megoldások bevezetése. A kvantumkriptográfia és a poszt-kvantumtitkosítás együtt jelentheti az információbiztonság jövőjét, az átmeneti időszakban ezen megoldások párhuzamos alkalmazása biztosíthatja adataink védelmét. Ha a téma felkeltette az érdeklődésedet, ajánlom az alábbi videót, melynek leírásában részletes forrásmegjelölést is találsz.
Kiemelt kép: DTU
molnart