Kuantum Bilgisayarlar: Kriptografinin Sonu mu?

İlan

Kuantum bilişim, TV karakterlerinin akıllı görünmek istediklerinde adını düşürecek kadar gizli olan teknolojilerden biridir.

Bir fikir olarak kuantum hesaplama bir süredir var - teorik olasılık ilk olarak 1982 yılında Yuri Manin ve Richard Feynman tarafından tanıtıldı. Bununla birlikte, son birkaç yıldır, alan endişe verici bir şekilde pratikliğe daha yakındır.

Google ve Microsoft gibi şirketlerin yanı sıra NSA gibi devlet kurumları da yıllardır ateşli bir şekilde kuantum bilgisayarları takip ediyorlar. D-Wave adlı bir şirket (uygun bilgisayarlar olmasa da, yalnızca birkaç algoritma gerçekleştirin) kuantum özelliklerinden faydalanın ve bir tamamen Turing-tam Turing Testi Nedir ve Hiç Dövülecek mi?Turing Testi, makinelerin düşünüp düşünmediğini belirlemek içindir. Eugene Goostman programı Turing testini gerçekten geçti mi, yoksa içerik oluşturucular basitçe hile yaptı mı? Daha fazla oku kuantum makinesi.

İlk büyük ölçekli kuantum bilgisayarın on yıl içinde inşa edilmesine izin verecek atılımların meydana gelebileceğini söylemek mantıksız görünmüyor.

Peki neden tüm ilgi? Neden umursasın ki? Bilgisayarlar her zaman hızlanır Moore Yasası Nedir ve Sizinle Ne İlgisi Var? [Açıklamalar MakeUseOf]Kötü şansın Moore Yasası ile ilgisi yoktur. Sahip olduğunuz dernek buysa, Murphy Kanunları ile karıştırıyorsunuz. Ancak, çok uzakta değildiniz çünkü Moore Yasası ve Murphy Yasası ... Daha fazla oku - kuantum bilgisayarlar hakkında özel olan nedir?

Bu makinelerin neden bu kadar önemli olduğunu açıklamak için bir adım geriye gidip kuantum bilgisayarların tam olarak ne olduğunu ve neden çalıştıklarını araştırmamız gerekecek. Başlamak için, “çalışma zamanı karmaşıklığı” adı verilen bir kavramdan bahsedelim.

Çalışma Zamanı Karmaşıklığı Nedir?

Bilgisayar biliminin ilk günlerindeki büyük sürprizlerden biri, eğer bir problemi çözen bir bilgisayarınız varsa, belirli bir sürede belirli bir boyutta, bilgisayarın hızını iki katına çıkarması, sorunların iki kat daha fazla çözmesine izin vermez. büyük.

Sorunun boyutu büyüdükçe bazı algoritmalar toplam yürütme süresinde çok, çok hızlı bir şekilde artar - bazı algoritmalar hızla tamamlanabilir 100 veri noktası verildi, ancak 1000 veri noktası verilen algoritmayı tamamlamak, bir milyar Dünya için çalışan Dünya'nın büyüklüğünü gerektiriyordu yıl. Çalışma zamanı karmaşıklığı bu fikrin resmileştirilmesidir: bir sorunun karmaşıklığının ne kadar hızlı büyüdüğü eğrisine bakar ve algoritmayı sınıflandırmak için bu eğrinin şeklini kullanır.

Genel olarak, bu zorluk sınıfları fonksiyon olarak ifade edilir. Veri üzerinde çalışma kümesi arttığında (basit bir sayım işlevi gibi) orantılı olarak zorlaşan bir algoritmanın “çalışma zamanı karmaşıklığına sahip bir işlev olduğu söylenir”n” (olduğu gibi, alır n işlenmek için zaman birimleri n Veri noktaları).

Alternatif olarak, "doğrusal" olarak da adlandırılabilir, çünkü grafiğini çizdiğinizde düz bir çizgi elde edersiniz. Diğer işlevler n ^ 2 veya 2 ^ N veya n! (n faktöryel). Bunlar polinom ve üsteldir. Son iki durumda, üstel olanlar o kadar hızlı büyür ki neredeyse tüm durumlarda çok önemsiz örnekler dışında hiçbir şey için çözülemezler.

Çalışma Zamanı Karmaşıklığı ve Şifreleme

Bu şeyleri ilk kez duyuyorsanız ve anlamsız ve gizemli geliyorsa, bu tartışmayı topraklamaya çalışalım. Çalışma zamanı karmaşıklığı, gizli anahtarı bilen insanlar için şifre çözmeyi bilmeyenlerden daha kolay hale getiren kriptografi için kritik öneme sahiptir. İdeal bir şifreleme şemasında, anahtarınız varsa şifre çözme doğrusal olmalıdır ve 2 ^ k (burada k anahtardaki bit sayısıdır) girmezseniz.

Başka bir deyişle, anahtar olmadan mesajın şifresini çözmek için en iyi algoritma, sadece birkaç yüz bit uzunluğundaki anahtarlar için mümkün olmayan olası anahtarları tahmin etmek olmalıdır.

Simetrik anahtar şifrelemesi için (iki tarafın iletişime başlamadan önce bir sırrı güvenli bir şekilde değiştirme şansı olduğu), bu oldukça kolaydır. Asimetrik şifreleme için daha zor.

Şifreleme ve şifre çözme anahtarlarının farklı olduğu ve birbirinden kolayca hesaplanamadığı asimetrik şifreleme çok daha zor bir matematiksel Kriptografiden çok daha güçlü: asimetrik kripto, dokunulduğunda bile özel görüşmeler yapmanıza olanak tanır çizgiler! Ayrıca, bir iletinin kimden geldiğini ve değiştirilmediğini doğrulamanız için "dijital imzalar" oluşturmanıza olanak tanır.

Bunlar güçlü araçlardır ve modern gizliliğin temelini oluşturur: asimetrik şifreleme olmadan, elektronik cihaz kullanıcılarının meraklı gözlere karşı güvenilir bir koruması olmaz.

Asimetrik kriptografinin oluşturulması simetrik olmaktan daha zor olduğundan, günümüzde kullanılan standart şifreleme şemaları o kadar güçlü değildir olabildiğince: en yaygın şifreleme standardı RSA, çok büyük bir faktörün temel faktörlerini etkili bir şekilde bulabilirseniz kırılabilir. numara. İyi haber şu ki, bu çok zor bir problem.

Büyük sayıları bileşen primerlerine çarpanlara ayırmak için en iyi bilinen algoritmaya genel sayı alan eleği denir ve çalışma süresinden daha yavaş büyüyen bir karmaşıklığa sahiptir. 2 ^ N. Sonuç olarak, benzer güvenlik sağlamak için anahtarların yaklaşık on kat daha uzun olması gerekir, bu da insanların normalde iş yapma maliyeti olarak tolere ettiği bir şeydir. Kötü haber şu ki, kuantum bilgisayarlar karışıma atıldığında tüm oyun alanı değişiyor.

Kuantum Bilgisayarlar: Kripto Oyununu Değiştirme

Kuantum bilgisayarlar çalışır, çünkü “süperpozisyon” adı verilen kuantum fenomeni ile aynı anda birden fazla dahili duruma sahip olabilirler. Bu, bir sorunun farklı bölümlerine aynı anda saldırabilecekleri, evrenin olası sürümlerine ayrılabilecekleri anlamına gelir. Ayrıca, sorunu çözen dalların en genişlikle sarıldığı şekilde yapılandırılabilir, böylece kutuyu açtığınızda Schrodinger kedisi, size sunulma olasılığı en yüksek olan iç durumun sürümü, şifresi çözülmüş bir kendini beğenmiş görünümlü bir kedi İleti.

Kuantum bilgisayarlar hakkında daha fazla bilgi için, konuyla ilgili son makalemiz Optik ve Kuantum Bilgisayarlar nasıl çalışır?Exascale Çağı geliyor. Optik ve kuantum bilgisayarların nasıl çalıştığını biliyor musunuz ve bu yeni teknolojiler geleceğimiz olacak mı? Daha fazla oku !

Bunun sonucu, kuantum bilgisayarların normal olarak daha hızlı olmadıkları, normal bilgisayarların olduğu gibi: iki veya on veya yüz almak yüzlerce milyar kez işlem yapmak için çok yavaş olduğunuz geleneksel şifreleme söz konusu olduğunda çok daha hızlı olmuyor. Kuantum bilgisayarlar, aksi takdirde mümkün olandan daha küçük büyüyen çalışma süresi karmaşıklıklarına sahip algoritmaları destekler. Kuantum bilgisayarları gelecekteki diğer hesaplama teknolojilerinden temelde farklı kılan şey budur. grafen ve memrist hesaplaması İnanmak İçin Görmeniz Gereken En Son Bilgisayar TeknolojisiÖnümüzdeki birkaç yıl içinde elektronik ve PC dünyasını dönüştürmek için ayarlanmış en yeni bilgisayar teknolojilerine göz atın. Daha fazla oku .

Somut bir örnek olarak, yalnızca kuantum bilgisayarda çalıştırılabilen Shor’un Algoritması, log (n) ^ 3 en iyi klasik saldırıdan çok daha iyi bir zaman. 2048 bitlik bir sayıyı çarpanlarına ayırmak için genel sayı alan eleğinin kullanılması yaklaşık 10 ^ 41 birim zaman alır ve bu da bir trilyon trilyon trilyondan fazla sonuç verir. Shor’un algoritmasını kullanarak aynı sorun yalnızca yaklaşık 1000 birim sürer.

Efekt tuşları ne kadar uzun olursa o kadar belirgin olur. Kuantum bilgisayarların gücü budur.

Beni yanlış anlamayın - kuantum bilgisayarlarda çok sayıda kötü olmayan potansiyel kullanım vardır. Kuantum bilgisayarlar, seyahat eden satıcı sorununu etkili bir şekilde çözerek araştırmacıların daha verimli nakliye ağları oluşturmasına ve daha iyi devreler tasarlamasına olanak tanır. Kuantum bilgisayarların yapay zekada zaten güçlü kullanımları vardır.

Bununla birlikte, kriptografideki rolleri felaket olacak. Dünyamızın çalışmaya devam etmesini sağlayan şifreleme teknolojileri, tamsayı çarpanlara ayırma sorununun çözülmesinin zor olmasına bağlıdır. RSA ve ilgili şifreleme düzenleri, doğru web sitesinde olduğunuza, indirmenin kötü amaçlı yazılımlarla dolup taşmadığını ve insanların İnternet taramanızda casusluk yapmadığını (kullanıyorsanız) Tor).

Şifreleme, banka hesabınızı güvende tutar ve dünyanın nükleer altyapısını korur. Kuantum bilgisayarlar pratik hale geldiğinde, tüm bu teknoloji çalışmayı durdurur. Bir kuantum bilgisayarı geliştiren ilk organizasyon, eğer dünya bugün kullandığımız teknolojiler üzerinde çalışıyorsa, korkutucu derecede güçlü bir konumda olacaktır.

Peki, kuantum kıyameti kaçınılmaz mı? Bu konuda yapabileceğimiz bir şey var mı? Anlaşıldığı üzere… evet.

Kuantum Sonrası Kriptografi

Bildiğimiz kadarıyla, bir kuantum bilgisayarda çözülmesi çok daha hızlı olmayan birkaç şifreleme algoritması sınıfı vardır. Bunlar toplu olarak kuantum sonrası kriptografi olarak bilinir ve dünyanın kuantum şifreleme dünyasında güvende kalacak kriptosistemlere geçiş yapabileceği konusunda bazı umutlar sağlar.

Gelecek vaat eden adaylar arasında güvenliğini açıkça karmaşık bir yapıdan alan Hatalı Ring-Learning gibi örgü tabanlı şifreleme var makine öğrenimi problemi ve güvenliğini çok büyük basit sistemleri çözme zorluğundan alan çok değişkenli şifreleme denklemleri. Bu konu hakkında daha fazla bilgiyi Wikipedia makalesi. Dikkat: Bu şeylerin birçoğu karmaşıktır ve ayrıntılara gerçekten girmeden önce matematik arka planınızın önemli ölçüde artırılması gerektiğini görebilirsiniz.

Bunun birçoğunun paketi, kuantum sonrası kriptoskimilerin çok havalı, ama aynı zamanda çok genç olmasıdır. Verimli ve pratik olmak ve ayrıca güvenli olduklarını göstermek için daha fazla çalışmaya ihtiyaç duyarlar. Kriptosistemlere güvenebilmemizin nedeni, onlara yeterince uzun süre klinik olarak paranoyak dahiler atmamızdır. bariz eksikliklerin şimdiye kadar keşfedilmiş olabileceğini ve araştırmacılar onları yapan çeşitli özellikleri kanıtladılar. kuvvetli.

Modern kriptografi dezenfektan olarak ışığa bağlıdır ve kuantum sonrası kriptografik şemaların çoğu dünya güvenliğine güvenmek için çok yenidir. Yine de oraya varıyorlar ve biraz şans ve bazı hazırlıklarla, güvenlik uzmanları ilk kuantum bilgisayarı çevrimiçi olmadan önce anahtarı tamamlayabilirler.

Bununla birlikte, başarısız olursa, sonuçlar korkunç olabilir. Bu tür bir güce sahip olanların düşüncesi, niyetleri konusunda iyimser olsanız bile, rahatsız edici. Kimin çalışan bir kuantum bilgisayarı ilk geliştirdiği sorusu, önümüzdeki on yıla geçtikçe herkesin çok dikkatli izlemesi gerektiğidir.

Kriptografinin kuantum bilgisayarlara güvensizliğinden endişe duyuyor musunuz? Ne alýyorsun? Aşağıdaki yorumlarda düşüncelerinizi paylaşın!

Resim Kredileri: İkili küre Shutterstock ile