Van die regering tot besigheid tot gewone individue is enkripsie belangrik. Dit is hoe ons ‘n mate van privaatheid in ons lewens handhaaf. Dit beskerm ons e-pos en ons kredietkaarte. Vir sommige kan dit ‘n kwessie van lewe en dood wees. En dit is ‘n riskante onderneming. Ons weet nooit of ons wagwoorde in die gedrang is nie, of dat die stelsels wat ons gebruik, ‘n soort agterdeur bied wat ander op ons laat spioeneer. Maar in die toekoms kan ons ‘n baie groter probleem in die gesig staar: kwantumrekenaars.
Enkripsie hang af van die skep van wiskundige vergelykings wat moderne rekenaars ‘n baie lang tyd neem om op te los – langer as die eeu van die heelal. Maar kwantumrekenaars kan dit alles verander.
Hoe vinnig sou kwantumrekenaars wees? Eksponensieel. Om ‘n 100-bit-koderingsprobleem op te los, sou ‘n digitale rekenaar 250 stappe neem. Wat se:
‘N Kwantumrekenaar neem slegs 50 stappe om dieselfde berekening te doen.
So, wat is hierdie ongelooflike toestelle? Dit is rekenaars wat die krag van kwantummeganika benut. Digitale rekenaars stoor data in stukkies. Dit kan 0 of 1 wees. Kwantumrekenaars is gebaseer op kwitansies. Dit is kwantumstelsels met twee toestande – effektief deels 0 en gedeeltelik 1. Dit word kwantumsuperposisie genoem. Dink: Schrödinger se kat.
Dit klink miskien nie na veel nie, maar ‘n hele berekeningstelsel is gebou bo-op kwantumsuperposisie. En die resultaat is ‘n onvoorstelbare vinniger rekenaar.
Of dit sou die resultaat wees as iemand ‘n universele kwantumrekenaar kon bou. Dit is baie moeilik om qubits te skep. En hulle is onstabiel. Tans duur hulle slegs volgens die orde van nanosekondes. Maar groot instellings soos die National Security Agency en Google werk daaraan. En daar word vordering gemaak.
Sal al ons geheime binnekort blootgestel word? Sal kwantumrekenaars ‘n einde maak aan aanlyn-privaatheid?
Kry al die besonderhede hieronder.
1 Kwantumrekenaars, koderingsoorloë en die einde van privaatheid
1.1 Binêre vs kwantum
1.2 Enkripsie en faktorering van groot getalle
1.3 Hoe kwantumrekenaars die kode kraak
1.4 Waar kan ek my eie kwantumrekenaar kry??
Van wetstoepassing tot misdadigers, regerings tot insurgente en aktiviste tot Facebook-dabblers, het baie mense vertrou op kodering om hul digitale inligting te beskerm en hul kommunikasie veilig te hou. Maar die huidige vorme van kodering kan verouderd wees sodra iemand daarin slaag om ‘n kwantumrekenaar te bou. N wat?! Lees verder oor die dapper nuwe wêreld wat op ons wag.
Binêre vs kwantum
Tipiese rekenaars is binêr – hulle kodeer inligting as ‘n reeks van 1s of 0s
Dit geld selfs vir superrekenaars, wat honderde duisende, indien nie miljoene kere, vinniger werk as gewone rekenaars nie
Hierdie 1’s of 0’s word “stukkies” genoem
‘N Bietjie het twee toestande:
Op / 1
Af / 0
‘N Kwantumbit word ‘n “quibit” genoem
Qubits kan nie net 1 of 0 wees nie, hulle kan altwee gelyktydig wees
Dit word ‘superposisie’ genoem.
Sekere molekules, atome en elektrone is suksesvol as kwbitse gebruik
Die waarde van ‘n kwantumrekenaar
Een kwbit (of ‘n bietjie) op sigself gebruik nie veel nie, maar hoe meer ‘n rekenaar het, hoe meer ingewikkelde berekeninge kan hy doen
Een van die dinge wat kwantumrekenaars beter kan doen as gewone rekenaars, is om ‘n einddoel te bereik met ‘n eksponensieel kleiner aantal bewerkings
Byvoorbeeld, om groot getalle te bereken – die basis van baie kodering
Enkripsie en faktorering van groot getalle
Baie algemene vorme van kodering, soos RSA, Diffie-Hellman, en ander maak staat op die probleme om groot getalle te bewerkstellig vir die beveiliging van hul kodering (hoewel ander, soos EG en AES, nie)
Priemgetalle is dié wat slegs deur 1 en hulself gedeel kan word
1, 5, 7, ens.
Alle getalle het een primêre faktorisering
Dit beteken dat elke getal bereik kan word deur sommige priemtipes te vermenigvuldig
Vir ‘n rekenaar is dit relatief eenvoudig om ‘n groot priemgetal te vind
Om groot getalle te faktoreer is aansienlik moeiliker omdat dit ‘n buitengewone lang tyd neem om dit te doen
Normale rekenaars moet elke stel primes deurgaan totdat hulle die regte stel bereik
Selfs superrekenaars – met baie verwerkers wat parallel werk – het probleme met groot genoeg prima faktorisering
As ons ‘n rekenaar het wat in ‘n miljoenste sekonde ‘n lang verdeling kon doen, sou dit langer duur as die leeftyd van ons son om ‘n 100-syfergetal te faktor.
Ons son het ‘n verwagte lewensduur van 15 miljard jaar.
Die tydsduur wat dit gaan neem om uit te vind wat die sleutel is, is die gebruik van primêre faktorisering so nuttig vir kriptografie.
Hoe kwantumrekenaars die kode kraak
Selfs vorme van enkripsie wat nie primêre faktorisering gebruik nie, maak staat op die feit dat die getalbreking van brute krag soveel stappe verg dat dit onuitvoerbaar is
Om die patroon in ‘n EG-kode te vind, sou u byvoorbeeld met ‘n 100-bis-sleutel neem
Binêre rekenaar: 250 stappe (meer as 1 kwadriljoen)
Kwantumrekenaar: 50 stappe
‘N Normale rekenaar moet elke berekening een vir een deurwerk
Die kwitans van ‘n kwantumrekenaar laat dit toe dat onnodige berekeninge vermy word
As gevolg hiervan, kan dit die antwoord vinniger en met baie minder stappe vind
Waar kan ek my eie kwantumrekenaar kry??
D-Wave Systems, Inc. bemark hul D-Wave Two as ‘n kwantumrekenaar, maar ander rekenaarwetenskapkenners stem nie saam dat dit ‘n ‘regte’ kwantumrekenaar is nie
Die probleem is dat D-Wave se masjien voordeel trek uit enkele kwantummeganika, maar dit is nie ‘n universele kwantumrekenaar wat enige kwantumberekening kan doen nie
Hier is ‘n paar mense wat werk om die kwantumrekenaars en kwitansies van môre te bou:
Google werk sedert 2009 met D-Wave Systems
In April 2014 het John Martinis en ‘n groep UC Santa Barbara-fisici suksesvol vyf kwbitse saam met ‘n lae fouttempo bedryf
Google het Martinis en sy span gehuur om in September 2014 by hul laboratorium vir kwantumhardeware te werk
Die D-Wave-masjien wat Google gebruik, bevat ‘n chip met 512 kwbit wat in ‘n kwantumgloeier gekoppel is
‘N Kwantumgloeistof los optimeringsprobleme op, soos: “Wat is die doeltreffendste roete vir ‘n pakket om oor die stad heen te gaan?”
Tans kan Google se D-Wave-masjien slegs ‘n paar nanosekondes in superposisie hou
Volgens Martinis het hy qubits gebou wat 30 mikrosekondes kan duur (30,000 nanosekondes)
Nasionale Veiligheidsagentskap (NSA)
Volgens dokumente wat deur Edward Snowden uitgelek is:
Die NSA is besig om ‘n kwantumrekenaar te bou wat in staat is om kriptografie uit te voer
Dit is deel van die NSA se $ 79,7 miljoen navorsingsprogram genaamd “Penetrating Hard Targets”
Universiteit van Nieu-Suid-Wallis in Australië
In Oktober 2014 het twee afsonderlike spanne navorsers by USW suksesvol kwinkslae geskep wat meer as 99,99 persent akkuraat is
Albei spanne het Silicon-28, ‘n isotoop, gebruik om hul qubits te skep, want dit is heeltemal nie-magneties
Een span het ‘n fosforatoom in die silikon ingebed
Die ander span het ‘n kunsmatige atoom geskep en ingebed – in wese ‘n transistor met een elektron wat binne vasgevang is
Die fosforatoomspan het ‘n wêreldrekord opgestel vir die hoeveelheid tyd wat kwantuminligting in ‘n silikonstelsel kon bewaar voordat dit ontbind: 35 sekondes
Alhoewel kwantumrekenaars gebruikers in staat sal stel om verskillende vorme van kodering te kraak, sal hulle ook die skepping van nuwe vorme van kodering, veral ultra-veilige sleutels, bevorder
Oor ID Quantique
Gebaseer in Genève, Switserland
Bied verbruikers kwantum sleutel verspreiding (QKD)
Begin in 2004
QKD behels die generering en versending van ‘n enkripsiesleutel gelyktydig
Gebruik optiese veselkabels
Omdat die meting van die kwantumtoestand van inligting dit beïnvloed, maak dit ‘afluister’ op ‘n transmissie prakties onmoontlik.
As iemand probeer het om die fotone wat deur die lyn beweeg te meet, sou die kliënt ‘n foutboodskap ontvang en geen sleutel sou geskep word nie
Die stelsel is beperk ten opsigte van reikafstand
Dit bied slegs reekse tot 62 myl
Die onderneming het 155 myl in die laboratorium behaal
248 myl is die teoretiese limiet vir hierdie metode
‘N Emitter-ontvanger-paar kos $ 97,000
Verbonde aan die Universiteit van Waterloo in Ontario, Kanada
Een van die min plekke in die wêreld met ‘n kwantum sleutel verspreider (QKD)
Die stukke van die QKD word “Alice” en “Bob” genoem.
Alice is ‘n masjien wat by die hoofkantoor van die ICQ geleë is
Bob is ‘n masjien in die nabygeleë Perimeter Institute
Soos IQ Quantique, hang die IDK se QKD van die aard van verstrengelde deeltjies af om te verseker dat niemand kan “luister” oor die deel van ‘n enkripsiesleutel nie
Eerstens skep ‘n laser aan die Universiteit van Waterloo verstrengelde fotone
Alice ontvang die helfte van hierdie fotone
Bob ontvang die ander helfte
Fotone het ‘n meetbare kwaliteit genaamd “polarisasie”
Die polarisasie van enige gegewe foton sal ewekansig wees
As albei stelle van die toestel hul fotone meet, sal hulle dieselfde polarisasie hê
Deur 1 of 0 aan ‘n sekere polarisasie toe te ken, kan Bob en Alice voortgaan totdat hul willekeurig gegenereerde sleutel lank genoeg is vir hul kodering
Hierdie metode is baie veilig omdat:
Elke poging om op die sein te “luister” sal homself bekend maak
Daar is geen manier om te weet watter polarisasie die fotone voor die tyd sal hê nie
Daar is dus geen manier om agteruit te werk en die sleutels uit te vind nie
Leef deur die kwantumrekenaar, sterf deur die kwantumrekenaar? Dit lyk beslis of kwantumrekenaars uiteindelik tradisionele binêre kodering verouderd sal maak. Maar dit sal gebeur terselfdertyd dat kwantumrekenaars ‘n heel nuwe vlak van datasekuriteit skep. En die kodering-wapenwedloop sal voortduur.
Bronne: arstechnica.com, cacr.uwaterloo.ca, computer.howstuffworks.com, computerworld.com, dwavesys.com, idquantique.com, learningcryptography.com, mathworld.wolfram.com, moederbord.vice.com, nature.com, nuus. ucsb.edu, pumpkinprogrammer.com, quora.com, sciencealert.com, scienceblogs.com, searchsecurity.com, technologyreview.com, tried.com, universetoday.com, uwaterloo.ca, washingtonpost.com, web.stanford.com, webopedia.com, whatis.techtarget.com, wired.com, youtube.com.
U kodering sal nutteloos wees teen hackers met kwantumrekenaars
Waarvoor word superrekenaars gebruik??
Wat ‘n superrekenaar maak?
‘N Verhaal van twee kubits hoe kwantumrekenaars werk
Bits en byt
Inleiding tot binêre getalle
Hoe werk ‘n kwantumrekenaar?
Die Fosfor Atom Quantum Computing Machine
Kryptografie van die openbare sleutel
Waarom is ‘n moeilike probleem om getalle in hoofletters te faktoriseer?
Wat is die lewenssiklus van die son
NSA poog om kwantumrekenaars te bou wat die meeste tipes kodering kan laat kraak
Die klok merk vir kodering
Verward oor die kwantumrekenaarprojek van die NSA? Hierdie MIT Rekenaarwetenskaplike kan verduidelik
Supergeleidende Qubit Array wys maniere op kwantitatiewe rekenaars
Die man wat Google se ontwykende kwantumrekenaar gaan bou
Getuienis vir kwantiteitsgloeiing met meer as honderd kubits
Google begin pogings om ‘n eie kwantumrekenaar te bou
Australiese navorsers het die akkuraatste hoeveelheid rekenaartegnologie geskep
Die saak vir verspreiding van kwantumsleutel (PDF)