Κινέζοι ερευνητές, χρησιμοποιώντας έναν κβαντικό υπολογιστή D-Wave, ισχυρίζονται ότι εκτέλεσαν αυτό που αποκαλούν την πρώτη επιτυχημένη κβαντική επίθεση σε ευρέως χρησιμοποιούμενους αλγόριθμους κρυπτογράφησης, αποτελώντας μια «πραγματική και ουσιαστική απειλή» για τομείς όπως ο τραπεζικός και ο στρατός, όπως αναφέρει η SCMP . Το D-Wave Advantage, που αρχικά σχεδιάστηκε για μη κρυπτογραφικές εφαρμογές, χρησιμοποιήθηκε για την παραβίαση αλγορίθμων δομημένων με SPN, αλλά δεν έχει ακόμη σπάσει συγκεκριμένους κωδικούς πρόσβασης, υπογραμμίζοντας τη φύση αυτής της απειλής σε αρχικό στάδιο.
Παρά την πρόοδο, οι ερευνητές αναγνωρίζουν περιορισμούς όπως οι περιβαλλοντικές παρεμβολές, το υπανάπτυκτο υλικό και η αδυναμία ανάπτυξης μιας μεθόδου επίθεσης για πολλαπλά συστήματα κρυπτογράφησης εξακολουθούν να εμποδίζουν το πλήρες δυναμικό κρυπτογράφησης του κβαντικού υπολογιστή. Κινέζοι επιστήμονες δημιούργησαν με επιτυχία αυτό που ισχυρίζονται ότι είναι η πρώτη αποτελεσματική επίθεση στον κόσμο χρησιμοποιώντας έναν κβαντικό υπολογιστή σε ευρέως χρησιμοποιούμενες μεθόδους κρυπτογράφησης, σύμφωνα με έκθεση της South China Morning Post (SCMP).
Οι ερευνητές αναγνώρισαν ότι οι περιορισμοί θα παρεμπόδιζαν – τουλάχιστον προς το παρόν – ένα πλήρες κβαντικό hack. Η πρόοδος, με επικεφαλής τον Wang Chao του Πανεπιστημίου της Σαγκάης, συνιστά μια «πραγματική και ουσιαστική απειλή» για τους μηχανισμούς ασφαλείας που χρησιμοποιούνται στον τραπεζικό και στρατιωτικό τομέα, όπως περιγράφεται λεπτομερώς στο έγγραφό τους που δημοσιεύτηκε στις 30 Σεπτεμβρίου στο Chinese Journal of Computers. ακαδημαϊκό περιοδικό που διευθύνεται από την China Computer Federation (CCF).
Παρά το γεγονός ότι το πεδίο των κβαντικών υπολογιστών γενικής χρήσης βρίσκεται ακόμα στα αρχικά του στάδια, χωρίς άμεσο κίνδυνο για τα σύγχρονα κρυπτογραφικά συστήματα, οι επιστήμονες εξερευνούν ολοένα και περισσότερο εξειδικευμένους κβαντικούς υπολογιστές για πιθανές χρήσεις — και, στην περίπτωση της κυβερνοασφάλειας, ευπάθειες. Στην πρόσφατη μελέτη τους, η ομάδα του Wang χρησιμοποίησε έναν κβαντικό υπολογιστή από τα συστήματα D-Wave του Καναδά για να παραβιάσει τους κρυπτογραφικούς αλγόριθμους, σηματοδοτώντας ένα σημαντικό ορόσημο. Σύμφωνα με την SCMP, η ερευνητική ομάδα χρησιμοποίησε τον κβαντικό υπολογιστή D-Wave Advantage για να στοχεύσει τους αλγόριθμους Present, Gift-64 και Rectangle, που ονομάζονται βασικοί εκπρόσωποι της δομής Substitution-Permutation Network (SPN).
Αυτή η δομή είναι θεμελιώδης για προηγμένα πρότυπα κρυπτογράφησης (AES), ένα σύστημα που αναπτύσσεται ευρέως σε στρατιωτικά και οικονομικά πρωτόκολλα κρυπτογράφησης, σύμφωνα με την εφημερίδα. Ενώ το AES-256 συχνά χαρακτηρίζεται ως στρατιωτικού επιπέδου και θεωρείται το πιο ασφαλές πρότυπο κρυπτογράφησης που υπάρχει, η μελέτη προτείνει ότι οι κβαντικοί υπολογιστές ενδέχεται σύντομα να απειλήσουν μια τέτοια ασφάλεια. «Είναι η πρώτη φορά που ένας πραγματικός κβαντικός υπολογιστής αποτελεί πραγματική και ουσιαστική απειλή για πολλούς δομημένους αλγόριθμους πλήρους κλίμακας SPN που χρησιμοποιούνται σήμερα», έγραψε η ομάδα του Wang.
Δεδομένης της ευαισθησίας της έρευνας, ο Wang αρνήθηκε να παράσχει περαιτέρω σχόλια στην SCMP. Το D-Wave Advantage, που αρχικά σχεδιάστηκε για πρακτικές εφαρμογές αντί για κρυπτογραφικές επιθέσεις, είχε χρησιμοποιηθεί στο παρελθόν από μια σειρά εταιρειών και οργανισμών για τη διερεύνηση εργασιών στον τομέα της εφοδιαστικής και της χρηματοδότησης, για παράδειγμα. Η SCMP αναφέρει ότι το μηχάνημα χρησιμοποιεί μια τεχνική γνωστή ως κβαντική ανόπτηση, η οποία προσομοιώνει μια διαδικασία παρόμοια με τη μεταλλουργία όπου τα υλικά θερμαίνονται και ψύχονται για να αυξηθεί η αντοχή. Αυτή η μέθοδος επιτρέπει στον υπολογιστή να επιλύει γρήγορα σύνθετα μαθηματικά προβλήματα. Η αρχή πίσω από την κβαντική ανόπτηση περιλαμβάνει την αναζήτηση της χαμηλότερης ενεργειακής κατάστασης, παρόμοια με την καθοδήγηση μιας μπάλας μέσα από ένα τοπίο γεμάτο με λόφους και κοιλάδες.
Οι παραδοσιακοί αλγόριθμοι πρέπει να εξερευνούν κάθε μονοπάτι, ανεβαίνοντας και κατεβαίνοντας πολλές φορές. Ωστόσο, η κβαντική σήραγγα – ένα φαινόμενο όπου τα σωματίδια περνούν μέσα από φράγματα και όχι από πάνω τους – επιτρέπει στον κβαντικό υπολογιστή να βρει το χαμηλότερο σημείο πιο αποτελεσματικά, παρακάμπτοντας εμπόδια που οι κλασικές μέθοδοι δεν μπορούν. Η εργασία του Wang περιέγραψε αυτή την τεχνική ως παρόμοια με έναν αλγόριθμο τεχνητής νοημοσύνης ικανό να βελτιστοποιεί λύσεις σε παγκόσμια κλίμακα. Η ομάδα του συνδύασε τον αλγόριθμο κβαντικής ανόπτησης με συμβατικές μαθηματικές προσεγγίσεις για να δημιουργήσει μια νέα υπολογιστική αρχιτεκτονική.
Η σημασία της δουλειάς του Wang, σύμφωνα με τον ανώνυμο εμπειρογνώμονα της SCMP, έγκειται στη διαμόρφωση ενός πραγματικού ζητήματος κρυπτογράφησης ως ένα πρόβλημα δυαδικής βελτιστοποίησης κατάλληλο για έναν κβαντικό υπολογιστή. Παρά αυτό το επίτευγμα, οι ερευνητές αναγνώρισαν τους τρέχοντες περιορισμούς της τεχνολογίας κβαντικών υπολογιστών.
Στην έκθεση, ο Wang δήλωσε ότι ενώ ο κβαντικός υπολογισμός δείχνει πολλά υποσχόμενος, η ανάπτυξή του παρεμποδίζεται από περιβαλλοντικούς παράγοντες, ανώριμο υλικό και την πρόκληση της δημιουργίας ενός ενιαίου αλγόριθμου επίθεσης ικανού να παραβιάσει πολλαπλά κρυπτογραφικά συστήματα. Η μελέτη τονίζει ότι, ενώ ένας κβαντικός υπολογιστής δεν έχει ακόμη αποκαλύψει τους συγκεκριμένους κωδικούς πρόσβασης που χρησιμοποιούνται στους αλγόριθμους που δοκιμάστηκαν, είναι πιο κοντά σε αυτό από ό,τι είχε επιτευχθεί στο παρελθόν. Καθώς η τεχνολογία προχωρά, οι ερευνητές προτείνουν ότι περαιτέρω εξελίξεις θα μπορούσαν να αποφέρουν πιο ισχυρές κβαντικές επιθέσεις. Η συνεχιζόμενη εξέλιξη στον κβαντικό υπολογισμό δείχνει πιθανές νέες ευπάθειες στα υπάρχοντα κρυπτογραφικά συστήματα, καθώς οι επιστήμονες πιέζουν τα όρια του τι μπορούν να επιτύχουν αυτά τα μηχανήματα, αναφέρει η SCMP.