Nowatorskie rozwiązania kryptograficzne eliminują zagrożenia związane z komputerami kwantowymi
Za pomocą kryptografii zabezpiecza się informacje, co jest związane z brakiem efektywności klasycznego komputera przy rozwiązywaniu niektórych znanych problemów matematycznych. Komputery kwantowe działają inaczej i będą w stanie je rozwiązać, przez co najpopularniejsze algorytmy i protokoły chroniące między innymi transakcje bankowe, dane medyczne i transakcje kryptowalutowe przestaną mieć zastosowanie. Co więcej, zaszyfrowaną prywatną korespondencję będzie można odszyfrować i uzyskać do niej dostęp, gdy tylko komputery kwantowe staną się dostępne. Jeszcze kilka lat temu to zagrożenie wydawało się dość odległe. Jednak sytuacja uległa znacznej zmianie. Na szczęście w ramach ambitnego projektu PROMETHEUS, który jest finansowany ze środków UE, wykorzystano nowy rodzaj matematyki, z którą związane są problemy prawie niemożliwe do rozwiązania za pomocą komputerów klasycznych lub kwantowych. Kryptografia kratowa stanie się podstawą bezpiecznego szyfrowania kwantowego.
Kryptografia kratowa: łączenie kropek dosłownie i w przenośni
Krata jest zbiorem punktów rozmieszczonych regularnie w przestrzeniach n-wymiarowych, w którym można zapisać wektory bazowe. Na nich rozważane są problemy obliczeniowe z dziedziny geometrii, z których najprostszym jest problem najbliższego wektora – znalezienie odcinka o najmniejszej niezerowej długości na danej kracie. Jest to wykorzystywane do tworzenia dla użytkowników tajnych kluczy powiązanych z wektorami bazowymi, za pomocą których można rozwiązać problem najkrótszego wektora, oraz publicznych, które nie poradzą sobie z tym problemem. Nie są znane wydajne algorytmy kwantowe do rozwiązywania problemów stosowanych w kryptografii kratowej. Jak wyjaśnia Octavie Paris, kierownik projektu z uczelni École normale supérieure de Lyon: „Przy projekcie PROMETHEUS pracowali światowej klasy europejscy eksperci w dziedzinie kryptografii kratowej. Wspólnie opracowali wiele nowych kryptograficznych podstawowych i zaawansowanych operacji elementarnych, aby móc chronić prywatność osób w erze postkwantowej, w wyniku czego powstało ponad 100 publikacji, w tym 87 rozdziałów książek”. „Będziemy dzielić się tą rozległą wiedzą za pośrednictwem bibliotek open-source. Przyświecał nam cel pomagania społeczności akademickiej w projektowaniu, branży – w zrozumieniu, jak wdrożyć te nowe rozwiązania kryptograficzne oraz wszystkim – w lepszym zrozumieniu cyberataków na systemy kratowe”, dodaje Sébastien Canard, lider techniczny projektu z firmy Orange.
Nie tylko badania podstawowe: głosowania, handel i wiele innych
„Zwalidowano cztery projekty demonstracyjne o istotnym znaczeniu społeczno-gospodarczym: pierwszy bezpieczny kwantowo system do e-głosowania, pierwszy postkwantowy prototyp e-płatniczy zapobiegający śledzeniu zakupów konsumenta, anonimowy postkwantowy prototyp poświadczający minimalizujący transmisję danych osobowych podczas uzyskiwania dostępu do usług lub zatwierdzania procedur administracyjnych oraz pierwszy postkwantowy projekt demonstracyjny dotyczący »analizy zagrożeń« chroniący poufne dane firm podczas współpracy”, mówi Paris.
Wyznaczanie nowoczesnych standardów
„Zespół projektu PROMETHEUS zaprojektował i pomógł w opracowaniu trzech z pierwszych czterech kwantowo odpornych algorytmów kryptograficznych wybranych przez Narodowy Instytut Norm i Technologii (NIST) w ramach sześcioletniego konkursu. Planowano standaryzację jednego schematu podpisu opartego na kryptografii kratowej przez NIST. Ku naszemu zaskoczeniu wybrano dwa programy wspierane przez projekt PROMETHEUS”, dodaje Canard. Kryptografia niesie ze sobą nie tylko wartość techniczną, ale również konsekwencje społeczne, a badacze z projektu PROMETHEUS mieli to na uwadze. Zespół ściśle współpracował z zewnętrzną komisją etyczną w zakresie społecznych aspektów pracy i wyników, a także prowadził działania związane z równością szans i płcią w badaniach nad informatyką. Algorytmy szyfrujące opracowane w ramach projektu PROMETHEUS staną się częścią postkwantowych standardów kryptograficznych NIST, których ostateczne wersje mają powstać w ciągu najbliższych dwóch lat. Prywatność w używanych na co dzień systemach cyfrowych będzie chroniona przed przyszłymi atakami na komputery kwantowe w dużej mierze dzięki przełomowym wynikom projektu.
Słowa kluczowe
PROMETHEUS, kryptografia, komputer kwantowy, postkwantowy, kryptografia kratowa, NIST, standardy kryptograficzne, szyfrowanie, problem najkrótszego wektora, Narodowy Instytut Norm i Technologii
