NSA pyrkii rakentamaan kvanttitietokoneen 'murtamaan useimmat salaustyypit'

Huoneen kokoisissa metallilaatikoissa, jotka on suojattu sähkömagneettisilta vuotoilta, Kansallinen turvallisuusvirasto kilpailee rakentamaan tietokonetta, joka voi rikkoa lähes kaikenlaisen salauksen, jota käytetään pankki-, lääke-, liike- ja hallitustietojen suojaamiseen ympäri maailmaa.Entisen NSA: n urakoitsijan Edward Snowdenin toimittamien asiakirjojen mukaan pyrkimys rakentaa "kryptologisesti hyödyllinen kvanttitietokone" - kone, joka on eksponentiaalisesti nopeampi kuin klassiset tietokoneet - on osa 79.7 miljoonan dollarin tutkimusohjelmaa "Penetrating Hard Targets". Suuri osa työstä järjestetään luokiteltujen sopimusten nojalla osoitteessa a laboratorio College Parkissa, Md.

Kvanttitietokoneen kehittäminen on ollut jo pitkään tiedeyhteisön tavoite, jolla on vallankumouksellisia vaikutuksia lääketieteen kaltaisille aloille sekä NSA: n koodin rikkomiselle. Tällaisen tekniikan avulla kaikki nykyiset julkisen avaimen salauksen muodot, mukaan lukien monilla suojatuilla verkkosivustoilla käytettävät, sekä valtion salaisuuksien suojaamiseen käytettävät tyypit.

Fyysikot ja tietojenkäsittelytieteen tutkijat ovat pitkään spekuloineet, ovatko NSA: n toimet edistyneempiä kuin parhaiden siviililaboratorioiden ponnistelut. Vaikka viraston tutkimuksen koko laajuus on edelleen tuntematon, Snowdenin toimittamat asiakirjat viittaavat siihen, että NSA ei ole lähempänä menestystä kuin muut tiedeyhteisössä.

"Vaikuttaa epätodennäköiseltä, että NSA voisi olla niin kaukana avoimesta maailmasta ilman, että kukaan sitä tietäisi", sanoi Massachusettsin teknillisen instituutin sähkötekniikan ja tietojenkäsittelytieteen apulaisprofessori Scott Aaronson.

NSA näyttää pitävän itseään juoksevana kaulanauhana Euroopan unionin ja Sveitsin hallituksen tukemien kvanttilaskentalaboratorioiden kanssa. Edistyminen on tasaista, mutta välitöntä läpimurtoa ei ole juurikaan.

"Maantieteellinen laajuus on kaventunut maailmanlaajuisista ponnisteluista erilliseen keskittymiseen Euroopan unioniin ja Sveitsiin", eräässä NSA: n asiakirjassa todetaan.

MIT: n kvanttitekniikan professori Seth Lloyd sanoi, että NSA: n painopiste ei ole väärässä paikassa. "EU ja Sveitsi ovat edistyneet merkittävästi viime vuosikymmenen aikana ja ovat saaneet kiinni Yhdysvalloista kvanttilaskentatekniikassa", hän sanoi.

NSA kieltäytyi kommentoimasta tätä artikkelia.

Asiakirjoista käy kuitenkin ilmi, että virasto suorittaa osan tutkimuksestaan ​​suurissa, suojatuissa huoneissa, jotka tunnetaan nimellä Faraday-häkit ja jotka on suunniteltu estämään sähkömagneettisen energian pääsy sisään tai ulos. Yhden lyhyen kuvauksen mukaan niitä vaaditaan "pitämään herkät kvanttilaskennakokeet käynnissä".

[Lue asiakirja, joka kuvaa kvanttilaskennan ponnisteluihin liittyviä luokittelutasoja]

Kvanttilaskennan taustalla oleva perusperiaate tunnetaan nimellä "kvanttisuppositio", ajatus siitä, että esine on samanaikaisesti kaikissa tiloissa. Klassinen tietokone käyttää binaaribittejä, jotka ovat joko nollia tai isoja. Kvanttitietokone käyttää kvanttibittejä eli kvittejä, jotka ovat samanaikaisesti nolla ja yksi.

Tämä näennäinen mahdottomuus on osa kvanttiteorian ytimessä olevaa mysteeriä, jota jopa teoreettisten fyysikkojen mukaan kukaan ei täysin ymmärrä.

"Jos luulet ymmärtävänsi kvanttimekaniikkaa, et ymmärrä kvanttimekaniikkaa", sanoi edesmennyt Nobelin palkinto Richard Feynman, jota pidetään laajalti kvanttilaskennan edelläkävijänä.

Näin se toimii teoriassa: Vaikka klassisen tietokoneen, niin nopeasti kuin se onkin, on tehtävä yksi laskelma kerrallaan, kvanttitietokone voi toisinaan välttää tekemästä laskutoimituksia, jotka ovat tarpeettomia ongelman ratkaisemiseksi. Sen avulla se voi löytää oikean vastauksen paljon nopeammin ja tehokkaammin.

Kvanttilaskentaa on vaikea saavuttaa tällaisten tietokoneiden herkkyyden vuoksi. Teoriassa tällaisen tietokoneen rakennuspalikat voivat sisältää yksittäisiä atomeja, fotoneja tai elektroneja. Tietokoneen kvanttisen luonteen ylläpitämiseksi nämä hiukkaset olisi eristettävä huolellisesti ulkoisista ympäristöistään.

"Kvanttitietokoneet ovat erittäin herkkiä, joten jos et suojaa niitä ympäristöltä, niin laskenta on hyödytöntä", sanoi sähkötekniikan professori Daniel Lidar ja Quantum Information Science and Technology -keskuksen johtaja Etelä-Kalifornian yliopisto.

Toimiva kvanttitietokone avaisi oven rikkoa nykyisin vahvimmat salaustyökalut, mukaan lukien RSA-niminen standardi, joka on nimetty sen luojien nimikirjaimille. RSA sekoittaa viestinnän, jolloin se on lukukelvoton kaikille muille kuin aiotulle vastaanottajalle, ilman että tarvitsee jaettua salasanaa. Sitä käytetään yleisesti verkkoselaimissa rahoitustoimien suojaamiseen ja salattuihin sähköposteihin. RSA: ta käytetään, koska on vaikea laskea kahden suuren alkuluvun tuloa. Salaus rikkoo näiden kahden numeron löytämisen. Tätä ei voida tehdä kohtuullisessa ajassa perinteisellä tietokoneella.

Vuonna 2009 klassisia menetelmiä käyttävät tietojenkäsittelijät pystyivät löytää primes 768-bittisen numeron sisällä, mutta sen huomioon ottaminen kesti melkein kaksi vuotta ja satoja tietokoneita. Tutkijat arvioivat, että 1,000-bittisen salausavaimen, jota yleisesti käytetään verkkotapahtumiin, rikkominen kestää 1,024 kertaa kauemmin.

Suurikokoinen kvanttitietokone voi kuitenkin teoriassa rikkoa 1,024-bittisen salauksen paljon nopeammin. Jotkut johtavat Internet-yritykset siirtyvät 2,048-bittisiin avaimiin, mutta jopa niiden uskotaan olevan alttiita nopealle salauksen purkamiselle kvanttitietokoneella.

Kvanttitietokoneilla on monia sovelluksia nykypäivän tiedeyhteisölle, mukaan lukien tekoälyn luominen. Mutta NSA pelkää vaikutuksia kansalliseen turvallisuuteen.

"Kvanttiteknologioiden soveltaminen salausalgoritmeihin uhkaa dramaattisesti vaikuttaa Yhdysvaltain hallituksen kykyyn sekä suojata viestintää että salakuuntelu ulkomaisten hallitusten viestintään", Snowdenin toimittaman sisäisen asiakirjan mukaan.

Asiantuntijat eivät ole varmoja siitä, kuinka pian kvanttitietokone olisi mahdollista. Vuosikymmen sitten jotkut asiantuntijat sanoivat, että suuren kvanttitietokoneen kehittäminen on todennäköisesti 10-100 vuotta tulevaisuudessa. Viisi vuotta sitten Lloyd sanoi, että tavoite oli vähintään 10 vuoden päässä.

Viime vuonna Manchesterin yliopiston professori Jeff Forshaw kertoi Ison-Britannian Guardian -lehdelle: "On todennäköisesti liian aikaista spekuloida, milloin ensimmäinen täysimittainen kvanttitietokone rakennetaan, mutta viimeaikainen kehitys osoittaa, että on olemassa kaikki syyt olla optimistinen."

"En usko, että meillä on todennäköisesti sellaista kvanttitietokonetta, jota NSA haluaa vähintään viiden vuoden kuluessa, merkittävän läpimurron puuttuessa ehkä paljon kauemmin", Lloyd kertoi The Washington Postille äskettäisessä haastattelussa.

Jotkut yritykset väittävät kuitenkin jo valmistavan pieniä kvanttitietokoneita. Kanadalainen yritys, D-Wave Systems , sanoo valmistaneensa kvanttitietokoneita vuodesta 2009. Vuonna 2012 se myi 10 miljoonan dollarin version Googlelle, NASA: lle ja Universities Space Research Associationille uutisraporttien mukaan.

Tuo kvanttitietokone ei kuitenkaan olisi koskaan hyödyllinen RSA: n kaltaisen julkisen avaimen salauksen rikkomiseen.

"Vaikka kaikki heidän väittämänsä on oikein, kyseinen tietokone ei sen suunnittelun mukaan voi toimia Shorin algoritmi", Sanoi Johns Hopkinsin yliopiston tietoturvainstituutin tutkimusprofessori Matthew Green viitaten algoritmiin, jota voitaisiin käyttää salauksen rikkomiseen, kuten RSA.

Asiantuntijoiden mielestä yksi suurimmista esteistä salauksen purkamiselle kvanttitietokoneella on sellaisen tietokoneen rakentaminen, jossa on tarpeeksi kiibit, mikä on vaikeaa, kun otetaan huomioon kvanttitietokoneiden erittäin herkkä tila. Syyskuun loppuun mennessä NSA: n odotettiin pystyvän saamaan joitain rakennuspalikoita, jotka se kuvasi asiakirjassa "dynaamiseksi irrotukseksi ja täydelliseksi kvanttisäädöksi kahdelle puolijohdekvibitille".

"Se on hieno askel, mutta se on melko pieni askel tiellä suuren mittakaavan kvanttitietokoneen rakentamiseksi", Lloyd sanoi.

Kvanttitietokone, joka kykenee rikkomaan salauksen, tarvitsisi satoja tai tuhansia enemmän kubitteja.

Kansallisen tiedustelupalvelun budjetissa, jota kutsutaan yleisesti nimellä "musta budjetti", kuvataan yksityiskohtaisesti "Penetrating Hard Targets" -hanke ja todettiin, että tämä vaihe "mahdollistaa alustavan skaalaamisen suuriin järjestelmiin liittyvissä ja jatko-osissa".

Toinen projekti, jonka nimi on "Verkon omistaminen", käyttää kvanttitutkimusta tukemaan kvanttipohjaisten hyökkäysten syntymistä salauksiin, kuten RSA, asiakirjat osoittavat.

"Kvanttilaskennan ironia on, että jos voit kuvitella jonkun rakentavan kvanttitietokoneen, joka voi rikkoa salauksen muutaman vuosikymmenen tulevaisuuteen, sinun on nyt oltava huolissasi", Lidar sanoi.

Copyright: Washington Post

Jaa tämä artikkeli: