Rozwój komputerów kwantowymi należy dziś do najważniejszych obszarów współczesnej nauki. Choć wciąż jesteśmy na etapie eksperymentalnym, już teraz wiadomo, że ta technologia może w przyszłości stanowić poważne zagrożenie dla fundamentów współczesnego szyfrowania.
W odpowiedzi na te wyzwania powstała kryptografia postkwantowa – nowy kierunek w projektowaniu zabezpieczeń cyfrowych odpornych na potencjalne zagrożenia ze strony komputerów kwantowych.
Dlaczego obecne szyfrowanie może być niewystarczające?
Współczesne algorytmy kryptograficzne, takie jak RSA (algorytm Rivesta-Shamira-Adlemana) czy ECC (Elliptic Curve Cryptography), opierają się na problemach matematycznych, które są bardzo trudne do rozwiązania dla klasycznych komputerów.
Przykładem jest tu rozkładanie dużych liczb na czynniki pierwsze – problem, na którym opiera się algorytm RSA – bardzo trudny i czasochłonny do rozwiązania dla współczesnych komputerów, co czyni go skuteczną podstawą zabezpieczeń.
Komputery kwantowe zmieniają tu jednak reguły gry, ponieważ są zdolne do rozwiązywania niektórych problemów matematycznych znacznie szybciej niż klasyczne urządzania.
Szczególnie istotny w tym kontekście jest algorytm Shora – zaprojektowany specjalnie z myślą o komputerach kwantowych – który pozwala efektywnie rozkładać duże liczby na czynniki pierwsze. A ponieważ to właśnie ten problem stanowi podstawę działania algorytmu RSA, jego przyspieszone rozwiązanie może w przyszłości zagrozić bezpieczeństwu współczesnych systemów szyfrowania.
Przeczytaj więcej o szyfrowaniu RSA w kontekście komputerów kwantowych: Czy komputery kwantowe zagrożą bezpieczeństwu Internetu?
Warto w tym miejscu zaznaczyć, że zagrożenie dotyczy przede wszystkim kryptografii asymetrycznej, czyli tej, która opiera się na dwóch różnych kluczach: publicznym i prywatnym (szyfrowanie RSA czy ECC). To właśnie tego typu mechanizmy są szczególnie podatne na ataki z użyciem komputerów kwantowych.
Algorytmy symetryczne, takie jak AES, mogą co prawda wymagać dłuższych kluczy w obliczu działania algorytmu Grovera, ale nie są narażone na równie drastyczne osłabienie jak RSA. W tym przypadku zwiększenie długości klucza – na przykład jego podwojenie – wystarcza, aby zachować porównywalny poziom ich bezpieczeństwa także wobec potencjalnych ataków za pomocą urządzeń kwantowych.
Czym jest kryptografia postkwantowa?
Kryptografia postkwantowa (ang. post-quantum cryptography, PQC) to zestaw metod kryptograficznych, które mają być odporne na ataki z użyciem komputerów kwantowych.
W odróżnieniu od rozwiązań takich jak RSA czy ECC, kryptografia postkwantowa opiera się na problemach matematycznych o innej strukturze i złożoności, które – według aktualnego stanu wiedzy – pozostają trudne do rozwiązania zarówno dla klasycznych, jak i kwantowych komputerów.
Kryptografia postkwantowa nie wymaga komputerów kwantowych. To klasyczne algorytmy, które działają na zwykłym sprzęcie – tak jak obecne metody szyfrowania. Ich celem jest przygotowanie się na przyszłość, w której komputery kwantowe będą w stanie łamać dzisiejsze zabezpieczenia.
W kryptografii postkwantowej rozwijane są różne podejścia, które mają zapewnić odporność na ataki z użyciem komputerów kwantowych.
Do najważniejszych należą m.in:
- Kryptografia oparta na kratach (lattice-based),
- kryptografia oparta na kodach (code-based),
- kryptografia wielomianowa (multivariate),
- kryptografia oparta na funkcjach skrótu (hash-based).
Każde z tych podejść opiera się na innych założeniach matematycznych i znajduje zastosowanie m.in. w szyfrowaniu danych i podpisach cyfrowych. Ich wspólnym celem jest jedno: zapewnienie bezpieczeństwa nawet w erze komputerów kwantowych.
Co to oznacza dla firm i użytkowników?
Dla przeciętnego użytkownika zmiany prawdopodobnie pozostaną niezauważalne – w przyszłości nowe mechanizmy szyfrowania zostaną wdrożone stopniowo, w ramach aktualizacji systemów operacyjnych, przeglądarek czy aplikacji.
Dla organizacji – zwłaszcza w sektorze finansowym, technologicznym, administracyjnym czy w infrastrukturze krytycznej – nadchodzące lata mogą oznaczać potrzebę dostosowania się do nowych standardów bezpieczeństwa. Proces ten będzie stopniowy, ale wymaga strategicznego planowania.
Warto mieć na uwadze, że już dziś pojawia się pojęcie „harvest now, decrypt later” – zagrożenie polegające na przechwytywaniu i archiwizowaniu zaszyfrowanych danych już dziś, z zamiarem ich odszyfrowania w przyszłości, gdy komputery kwantowe staną się wystarczająco zaawansowane. Dlatego wrażliwe dane, które muszą pozostać poufne przez wiele lat, już teraz powinny być odpowiednio chronione lub przygotowywane na nadchodzące zmiany.
To nie rewolucja, to ewolucja
Kryptografia postkwantowa to odpowiedź na realne wyzwania, jakie mogą przynieść komputery kwantowe. Dzięki prowadzonym badaniom, testom i procesom standaryzacji, już dziś powstają rozwiązania, które mają zapewnić ciągłość bezpieczeństwa danych w nadchodzących dekadach.