Постквантовата криптография (Post-Quantum Cryptography, PQC) е съвкупност от криптографски алгоритми, разработени така, че да останат сигурни дори срещу атаки от бъдещи мащабни квантови компютри.
С други думи:
- Днешната криптография е създадена за свят с класически компютри.
- Постквантовата криптография е създадена за свят, в който квантовите компютри са реалност.
Защо е необходима?
Голяма част от интернет сигурността днес разчита на математически задачи, които са практически невъзможни за решаване с класически компютри.
Например:
- RSA – факторизация на големи числа
- Elliptic Curve Cryptography (ECC) – дискретен логаритъм върху елиптични криви
- Diffie-Hellman – обмен на ключове
За класически компютър разбиването им може да отнеме милиарди години.
Но достатъчно мощен квантов компютър може да използва алгоритъма на Шор (Shor’s Algorithm) и да реши тези задачи за значително по-кратко време.
Това означава, че:
- HTTPS сертификати
- VPN връзки
- електронни подписи
- банкови системи
- криптовалути
- държавни комуникации
ще трябва постепенно да преминат към нови алгоритми.
Какво НЕ означава постквантова криптография?
Много хора смятат, че тя използва квантови компютри.
Това не е вярно.
Постквантовите алгоритми работят на обикновени компютри.
Разликата е, че използват математически проблеми, за които не са известни ефективни атаки нито с класически, нито с квантови компютри.
Какви математически задачи използва?
Вместо факторизация и дискретен логаритъм се използват значително по-сложни математически конструкции, например:
Решетъчна криптография (Lattice-based Cryptography)
Най-перспективното направление.
Използва многомерни геометрични решетки.
Основните трудни задачи са:
- Learning With Errors (LWE)
- Module-LWE
- Ring-LWE
Повечето нови стандарти са базирани именно на този подход.
Криптография с кодове (Code-based)
Използва коригиращи кодове.
Тя е известна още от 70-те години и се счита за много надеждна, но често изисква големи публични ключове.
Многомерни полиноми
Използва системи от нелинейни уравнения.
Някои предложения отпаднаха след успешни криптоаналитични атаки.
Хеш-базирани цифрови подписи
Използват единствено криптографски хеш функции.
Считат се за едни от най-добре изучените и надеждни решения за цифрови подписи.
През 2024 г. National Institute of Standards and Technology (NIST) публикува първите стандарти за постквантова криптография.
Основните са:
| Стандарт | Предназначение | Основа |
|---|---|---|
| ML-KEM | обмен на ключове | решетъчна криптография |
| ML-DSA | цифров подпис | решетъчна криптография |
| SLH-DSA | цифров подпис | хеш-базирана криптография |
Те постепенно заменят RSA и ECC в новите системи.
Какво става с HTTPS?
Днес HTTPS обикновено използва:
- RSA или ECC за обмен на ключове
- AES за криптиране
В бъдеще:
- ML-KEM ще замени RSA/ECC при обмена на ключове.
- AES ще продължи да се използва, тъй като квантовите атаки срещу него са много по-ограничени. При нужда се предпочитат по-дълги ключове, например AES-256.
Потребителят най-вероятно няма да забележи промяната – тя ще се случи във фонов режим чрез обновяване на браузъри, сървъри и сертификати.
А какво става с Bitcoin?
Това е една от най-обсъжданите теми.
Самият алгоритъм SHA-256 не е непосредствено застрашен от квантовите компютри.
Проблемът е цифровият подпис ECDSA, който защитава собствеността върху биткойните.
При достатъчно мощен квантов компютър е възможно публичният ключ да бъде използван за извличане на частния ключ, което би позволило кражба на средства от уязвими адреси. Поради това в общността се обсъждат варианти за миграция към квантово-устойчиви схеми за подписване.
Какво представлява атаката „Harvest Now, Decrypt Later“?
Това е реална заплаха още днес.
Сценарият е следният:
- Нападател записва криптирана комуникация.
- Не може да я разчете сега.
- Изчаква появата на достатъчно мощни квантови компютри.
- Разшифрова архивираните данни след години.
Затова организации като банки, държавни институции и здравни системи започват миграция към постквантова криптография още преди квантовите компютри да станат масово достъпни.
Как ще се отрази това на бизнеса?
Организациите постепенно ще трябва да:
- подменят TLS/HTTPS инфраструктурата;
- обновят VPN решенията;
- заменят цифровите сертификати и подписи;
- актуализират PKI инфраструктурата;
- проверят всички системи, които използват RSA или ECC;
- изискват от доставчиците си поддръжка на постквантови алгоритми.
Това ще бъде постепенен процес през следващите години, а не еднократна промяна.
Постквантова криптография срещу квантова криптография
| Постквантова криптография | Квантова криптография |
|---|---|
| Работи на обикновени компютри | Използва квантова физика |
| Софтуерно решение | Изисква специализиран хардуер |
| Лесно се внедрява чрез обновяване на софтуера | Необходима е нова комуникационна инфраструктура |
| Защитава срещу бъдещи квантови атаки | Позволява сигурен обмен на ключове чрез квантови канали |
Постквантовата криптография е най-практичният начин да подготвим днешните информационни системи за ерата на квантовите компютри. Тя не изисква квантов хардуер, може да бъде внедрена в съществуващите системи чрез софтуерни обновления и вече започва да се превръща в новия стандарт за защита на данните.
Pingback: Какво представляват Квантовите изчисления - Appflow Development
Коментари са забранени.