Kuantum bilgisayarları kullanarak bile kırılması mümkün olmayan bir şifreleme yönteminin bulunması mümkün mü?

Kuantum bilgisayarların, polinom zamanında , yalnızca anahtarın bit büyüklüğüyle katlanarak artan kaynaklar tarafından çözülebileceği düşünülen geniş bir şifreleme algoritması yelpazesini kırabildiği bilinmektedir . Bunun bir örneği Shor algoritmasıdır .

Ancak, bildiğim kadarıyla tüm problemler bu kategoriye girmiyor. On Kuantum Bilgisayarlar için Sert Sorunları yapma , biz okuyabilir

Araştırmacılar, problemleri çözmeyen bir bilgisayar algoritması geliştirmiş, bunun yerine kuantum bilgisayarları değerlendirmek amacıyla yaratmıştır.

Kuantum bir bilgisayar kullanarak bile kırılması zor olan yeni bir şifreleme algoritması bekleyebilir miyiz ? Netlik için: soru özellikle yeni algoritmaların tasarımını ifade eder .

Sorunuzun başlığı, Bir Zaman Dilimi'nin (OTP) diğer cevaplarda da belirtildiği gibi kırılması mümkün olmayan teknikleri soruyor . OTP bilgi teorik olarak güvenlidir, bu da bir rakip hesaplamalı yeteneklerin mesaj bulma konusunda uygulanamayacağı anlamına gelir.

Bununla birlikte, teoride tamamen güvenli olmasına rağmen , OTP modern şifreleme alanında sınırlı bir şekilde kullanılmaktadır. Uygulamada başarıyla kullanmak son derece zordur .

Gerçekten önemli soru şudur:

Kuantum bir bilgisayar kullanarak bile kırılması zor olan yeni bir şifreleme algoritması bekleyebilir miyiz?

Asimetrik Şifreleme

Asimetrik şifreleme, Genel Anahtar Şifreleme (PKE), Dijital İmzalar ve Anahtar Sözleşme şemalarını içerir. Bu teknikler, anahtar dağıtım ve anahtar yönetimi sorunlarını çözmek için hayati öneme sahiptir. Anahtar dağıtımı ve anahtar yönetimi ihmal edilemez sorunlardır, büyük ölçüde OTP'nin pratikte kullanılmasını engelleyen faktörlerdir. Bugün bildiğimiz internet, asimetrik algoritmaların sunduğu özelliklerden biri olan güvenli olmayan bir iletişim kanalından güvenli bir iletişim kanalı oluşturma yeteneği olmadan çalışmaz.

Shor'ın algoritması

Shor algoritması , tamsayılı çarpanlara ayırma ve ayrık logaritma problemlerini çözmek için kullanışlıdır. Bu iki sorun, RSA ve Diffie-Hellman gibi yaygın olarak kullanılan programların güvenliğinin temelini teşkil ediyor .

NIST şu anda Post-Kuantum algoritmaları için gönderimleri değerlendiriyor - kuantum bilgisayarlara dirençli olduğuna inanılan sorunlara dayanan algoritmalar. Bu sorunlar şunları içerir:

• Kafes tabanlı problemler
  • En kısa vektör problemi (SVP)
  • En yakın vektör problemi (CVP)
• Çok değişkenli denklemler
  • Çok değişkenli polinom denklemleri
• Kod tabanlı şemalar
  • Kod çözme doğrusal kodlarının sertliğine dayanarak
• Supersingüler İzojenik Diffie-Hellman (SIDH)

Yukarıdaki problemleri çözmek için klasik algoritmaların var olabileceği belirtilmelidir , sadece bu algoritmaların çalışma zamanı / doğruluğu pratikte büyük örnekleri çözmek için yasaklayıcıdır. Bu problemler , Shor algoritmasının kuantum kısmının yaptığı, sıralama bulma problemini çözme yeteneği verildiğinde çözülebilir görünmüyor.

Simetrik Şifreleme

Grover'in algoritması , sıralanmamış bir listede arama yaparken ikinci dereceden bir hız sağlar. Bu etkili bir şekilde simetrik bir şifreleme anahtarını kaba şekilde zorlamaktır.

Grover'in algoritması etrafında çalışmak, Shor'un algoritması etrafında çalışmakla karşılaştırıldığında nispeten kolaydır: Simetrik anahtarınızın boyutunu iki katına çıkarın . 256-bit bir anahtar, Grover'in algoritmasını kullanan bir düşmana kaba kuvvetine karşı 128-bit direnç sunar.

Grover'in algoritması karma fonksiyonlarına karşı da kullanılabilir . Çözüm yine basit: Karma çıktınızın boyutunu iki katına çıkarın (ve sünger yapısına dayalı bir karma kullanıyorsanız kapasite ).

Sanırım kuantum bilgisayarları kullanarak parçalanamayan bir şifreleme türü var: Vigenere şifresi gibi bir defalık ped . Bu, kodlanmış dizginin en az uzunluğuna sahip ve sadece bir kez kullanılacak olan tuş takımına sahip bir şifredir. Bu şifre kuantum bilgisayarla bile çatlamak imkansız.

Nedenini açıklayacağım:

Diyelim ki düz metinimiz ABCD. İlgili anahtar olabilir 1234. Eğer kodlarsan, anlarsın XYZW. Şimdi ne geçerli bir cümle olabilir ya da almak 1234için kullanabilirsiniz .ABCD4678EFGH

Bu yüzden sorun şu ki, hiç kimse anahtarınızı bilmeden kastettiğiniz ABCDveya söylemeyeceğinize karar veremez EFGH.

Bu tür şifrelemenin kırılmasının tek nedeni kullanıcıların tembel olmaları ve iki kez bir anahtar kullanmalarıdır. Ve sonra onu kırmaya çalışabilirsiniz. Diğer problemler, @peterh'in bir defalık pedlerin paylaşılması için gizli bir kanal gerektirdiğini belirttiği gibi

Evet, alışkın olduğumuz şifreleme ilkelerini sağlayan (özel ve genel anahtarlarla asimetrik şifreleme dahil) Post-kuantum şifreleme algoritmaları için birçok teklif var .

Ella Rose'un cevabını takip etmek için: Günümüzde kullanılan en pratik şifreleme şemaları (örn. Diffie-Hellman, RSA, eliptik eğri, kafes tabanlı) gizli alt grup problemini (HSP) çözmenin zorluğuna odaklanmıştır . Ancak, ilk üçü abelian gruplar için HSP etrafında toplanmıştır . Abelian grupları için HSP , örneğin Shor algoritması tarafından uygulanan kuantum Fourier dönüşümü ile etkili bir şekilde çözülebilir . Bu nedenle kuantum bilgisayar tarafından saldırıya açık durumdalar. Öte yandan, kafes temelli yöntemlerin çoğu, dihedral için HSP etrafında dönmektedir.ababelyan olmayan gruplar. Kuantum bilgisayarlarının, ababelyalı olmayan HSP'yi verimli bir şekilde çözebileceğine inanılmadığından, bu algoritmalar kuantum sonrası şifreleme uygulayabilmelidir.