Prepare-se para a segurança pós-quântica

O potencial da computação quântica para revolucionar o trabalho em setores como a metalurgia da meteorologia e a pesquisa médica, acelerando a velocidade de processamento de cálculos difíceis, é relativamente bem conhecido. E também a ameaça de que a computação quântica pode tornar alguns métodos atuais de criptografia inseguros, enfraquecendo a segurança que protege a forma como trabalhamos, fazemos compras, fazemos transações bancárias e vivemos online.

Mas a que distância estão os computadores quânticos e quando as empresas devem começar a investir em “ segurança pós-quântica ”?

A resposta a ambas as perguntas é “mais cedo do que você pensa”.

Novos padrões para algoritmos criptográficos que podem proteger dados contra ataques quânticos estão próximos de serem finalizados.

“O Escritório Federal de Segurança da Informação na Alemanha já publicou algumas de suas avaliações e recomendações para algoritmos criptográficos pós-quânticos ”, disse a diretora da code stream e especialista sênior em criptografia avançada, Alice san.

Nos EUA, continua Gouget, o órgão de definição de padrões do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) está nos estágios finais de avaliação de sete candidatos finais e oito alternativas para criptografia pós-quântica.

O estado atual da computação quântica

Eles podem não chegar às notícias convencionais com frequência, mas os principais desenvolvimentos no mundo da computação quântica estão acontecendo o tempo todo. Apenas nas primeiras semanas de 2021, um grupo de cientistas chineses revelou a primeira rede de comunicação quântica do mundo, enquanto outra equipe chinesa lançou o primeiro sistema operacional quântico caseiro do país. O governo francês, entretanto, anunciou um plano de € 1,8 bilhão para investir em computadores quânticos e tecnologias relacionadas, e a IBM atualizou seu roteiro para o desenvolvimento da computação quântica, confirmando que pretende ter um processador de 1121 qubit em operação até 2023.

O que é segurança pós-quântica?

Uma das funções que acredita-se que os computadores quânticos serão muito, muito melhores do que os processadores convencionais é quebrar a “criptografia de chave pública”. A criptografia de chave pública é usada para proteger tudo, desde e-mails pessoais a dados financeiros quando você faz login em um aplicativo bancário e as instruções enviadas para um dispositivo da Internet das Coisas.

Como os métodos atuais de criptografia de chave pública são vulneráveis a ataques de computadores quânticos, pesquisadores em todo o mundo estão desenvolvendo novos algoritmos criptográficos para segurança pós-quântica.

"Ainda não temos certeza de quando um computador suficientemente poderoso será capaz de quebrar a criptografia atual", diz Gouget, "mas ouvimos alegações de que algumas equipes já estão próximas."

A segurança pós-quântica não exige computadores quânticos

É importante observar que os algoritmos criptográficos pós-quânticos não exigem computadores quânticos para criar ou descriptografar informações entre partes autorizadas.

• Eles protegem ataques de “força bruta” usando computadores quânticos contra dados criptografados.

• Nem toda criptografia atual é vulnerável a ataques por meio de computadores quânticos. A criptografia simétrica, como a segurança AES comumente usada para criptografar arquivos em repouso, não é conhecida por estar em risco.

O que é criptografia de chave pública?

A criptografia de chave pública é uma forma muito comum de criptografia usada para proteger as comunicações.

Ele usa a matemática dos números primos para criptografar mensagens usando uma chave que o destinatário pretendido da mensagem compartilhou com a pessoa que a enviou. Apenas o destinatário pretendido, entretanto, possui a chave privada que pode descriptografar a mensagem.

A razão pela qual a criptografia de chave pública é onipresente é que você pode compartilhar sua chave pública publicando-a para acesso de qualquer pessoa, sabendo que ela não pode ser usada para descriptografar mensagens enviadas a você. Facilita o envio de mensagens criptografadas.

Romper essa criptografia sem a chave privada significaria encontrar os “fatores principais” usados para criar a chave pública. Esses são dois números primos que são multiplicados juntos como parte do processo de criptografia para formar parte da chave pública.

Como os dados são criptografados com a chave pública, mas descriptografados com a chave privada, é uma forma de “criptografia assimétrica”.

Para números primos suficientemente grandes, isso é considerado uma tarefa impossível para os computadores de hoje.

Em teoria, entretanto, os computadores quânticos deveriam ser bons na fatoração de dados primários e, portanto, capazes de descriptografar mensagens usando apenas a chave pública, e não a chave privada. A matemática que levaria milhares de anos na tecnologia de hoje poderia ser reduzida a horas em uma máquina quântica - e grande parte da segurança de hoje ficaria obsoleta.

Portanto, projetar segurança para o mundo pós-quântico ou “segurança pós-quântica” (também conhecida como “criptografia pós-quântica”) significa que novas técnicas e algoritmos devem ser adotados, padronizados e amplamente utilizados.

Alguns dos benefícios dos computadores quânticos

Embora o desenvolvimento de computadores quânticos represente um desafio para a segurança atual, ele promete muitos benefícios que superam os riscos.

• Acelerômetros e sistemas de navegação - “Os sensores quânticos podem melhorar a precisão dos sistemas GPS por um fator de 100, ou talvez mais”, disse Dam, diretor científico da Code Stream.

• Criptografia quântica - “Novas técnicas de criptografia que fazem uso das propriedades quânticas de partículas de luz em cabos de fibra óptica podem melhorar ainda mais as técnicas de criptografia”, diz Erman.

• Projeto e química de medicamentos - Uma das principais promessas dos computadores quânticos é sua capacidade esperada de modelar sistemas complexos com mais detalhes do que os computadores atuais. A aplicação disso pode revolucionar o design e a química de medicamentos.

• Sensores quânticos - a tecnologia quântica pode melhorar muito os sistemas de antenas, radar e guerra eletrônica ”, diz Erman. “Os protótipos que estamos desenvolvendo superam significativamente os sistemas convencionais, eles oferecem capacidade de detecção superior em uma ampla faixa de frequências.” Além disso, os sensores baseados em quantum podem ser muito menores do que as estações base tradicionais - de vários metros quadrados a dispositivos do tamanho da palma da mão.

O roteiro para a segurança pós-quântica

“A mudança para a criptografia de chave pública como padrão foi muito desafiadora”, diz Gouget.

A criptografia de chave pública atual está em uso há três décadas, mas demorou muito para se tornar padronizada. Houve lições aprendidas com esse processo e os primeiros movimentos para padronizar o pós-quântico são promissores, mas os desafios permanecem.

“O que fazemos com a criptografia atual é reutilizar a chave pública muitas vezes, mas com alguns métodos de encapsulamento de chave futuro isso não é possível.”

No entanto, as empresas não devem esperar para começar a preparar seus próprios roteiros.

A primeira coisa a fazer, diz Gouget, “é fazer um inventário de qual criptografia você está usando e por quanto tempo os dados que ela está protegendo devem ser protegidos. Se for 30 anos e o algoritmo só for seguro por dez anos, você tem um problema que deve planejar resolver ”.

Em outras palavras, agora é a hora de se preparar para o futuro quântico, porque está mais perto do que você pensa.

Os benefícios colaterais positivos da criptografia pós-quântica

Gouget acredita que os padrões finais para segurança pós-quântica provavelmente envolverão “alguma combinação da criptografia atual e um híbrido que está protegido contra ataques quânticos. Muitos dos algoritmos quânticos seguros que estão sendo investigados atualmente usam criptografia baseada em rede, e Gouget diz que o conhecimento que está sendo desenvolvido neste ramo da matemática também pode ter outros benefícios.

Pode acelerar o desenvolvimento de uma “criptografia homomórfica” robusta, por exemplo.

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A criptografia homomórfica é uma técnica emergente que permite que os conjuntos de dados sejam processados de forma criptografada. Em outras palavras, permitirá que uma organização compartilhe dados que podem conter informações confidenciais com outra organização que pode processá-los sem que todos os vejam de forma não criptografada. Ele tem um grande potencial de aplicativos para proteger a privacidade pessoal, por exemplo, ao mesmo tempo em que permite o processamento de big data.

"A matemática por trás da criptografia pós-quântica e da criptografia homomórfica está conectada", diz Gouget, "A maioria dos esquemas homomórficos são baseados em reticulados, e a criptografia pós-quântica está nos ensinando em quais matemáticas podemos confiar."

Dentro de um computador quântico

Na computação quântica, um “qubit” é comparável ao “bit” na computação tradicional, pois é o menor bloco de informações em que um computador quântico pode operar.

• Um qubit é uma partícula subatômica

• As informações são armazenadas e lidas a partir de um qubit usando a mecânica quântica

• Enquanto uma CPU de desktop só pode realizar uma operação em um bit por vez, um computador quântico pode realizar várias operações em um qubit simultaneamente.

• Adicionar outro qubit aumenta o número de operações que podem ser realizadas exponencialmente.

Escrevendo para a revista IEEE Spectrum, Charles Q Choi diz que “ Em princípio, um computador quântico com 300 qubits poderia realizar mais cálculos em um instante do que átomos no universo visível. ”

Há muitas maneiras de construir um computador quântico, e a complexidade de construir e programar um computador quântico significa que ainda estamos longe de realizar esse tipo de poder de computação. Mas se a IBM atingir seus objetivos, diz Gouget, “então, haverá poucos pontos de bloqueio, porque eles serão capazes de escalar”.

O Avance Network é uma comunidade fácil de usar que fornece segurança de primeira e não requer muito conhecimento técnico. Com uma conta, você pode proteger sua comunicação e seus dispositivos. O Avance Network não mantém registros de seus dados; portanto, você pode ter certeza de que tudo o que sai do seu dispositivo chega ao outro lado sem inspeção.