Salausalgoritmit murrettu – Kvanttitietokone mukana työssä
Kiinassa Shanghain yliopistossa joukko tutkijoita ja kvanttitietokone ovat kertoneet onnistuneensa murtamaan algoritmit, joita käytetään yleisesti pankki- ja kryptovaluutassa.
Kiinalaisen Wang Chaon johtama ryhmä käytti kvanttitietokonetta näiden salausmenetelmien murtamiseen. Tutkijat ovatkin nyt ilmoittaneet saavuttaneensa merkittävän läpimurron salauksen alalla.
Hongkongissa ilmestyvän South China Morning Post -lehden (SCMP) mukaan kvanttitietokone kehitettiin kanadalainen D-Wave Systemsin toimesta, ja hyökkäys toteutettiin käyttämällä tekniikkaa, joka tunnetaan nimellä quantum annealing.
Kvanttitietokone mahdollistaa tehokkaan salausalgoritmien ongelmanratkaisun
Tutkijoiden käyttämässä menetelmässä, kvanttilämpötilan hehkutuksessa, keskitytään alhaisimman energiatilan löytämiseen, mikä mahdollistaa tehokkaamman ongelmanratkaisun.
Ryhmän mukaan ryhmän kohteena olivat salausalgoritmit, kuten Present, Gift-64 ja Rectangle, jotka ovat SPN-rakenteen (Substitution-Permutation Network) keskeisiä komponentteja.
Rakenne muodostaa Advanced Encryption Standardin (AES) selkärangan, joka on laajalti käytetty menetelmä kryptovaluuttojen lompakoiden suojaamiseen.
Vaikka AES-256:ta pidetään yhtenä turvallisimmista saatavilla olevista salausstandardeista, tämä kehitys on herättänyt huolta, että kvanttitietokone voi mahdollisesta uhata nykyisiä salausprotokollia.
Tutkijoiden läpimurto viittaa siihen, että kvanttitietokone voi pian muodostaa todellisen vaaran salattujen tietojen, kuten salasanojen ja yksityisten avainten, turvallisuudelle.
Wangin tutkimuspaperissa selitetään, että kvanttitiedon hehkutus toimii samalla tavalla kuin tekoälyalgoritmit, optimoiden ratkaisuja globaalissa mittakaavassa.
Toisin kuin perinteiset algoritmit, jotka testaavat kaikkia mahdollisia reittejä, kvanttitunnelointi mahdollistaa hiukkasten kulkemisen esteiden läpi, jolloin kvanttitietokone löytää ratkaisun tehokkaammin.
Näin voidaan ohittaa esteitä, joiden ylittäminen on perinteisille laskentamenetelmille hankalaa, mikä mahdollistaa sellaisten salauskoodien murtamisen, joita aiemmin pidettiin murtamattomina.
”Tämä on ensimmäinen kerta, kun todellinen kvanttitietokone on aiheuttanut merkittävän uhan useille täysimittaisille SPN-rakenteisille algoritmeille”, Wangin ryhmä totesi.
Tämän läpimurron mahdollinen vaikutus on merkittävä salausalaan tukeutuville toimialoille, erityisesti kryptovaluuttasektorille.
Kvanttitietokone, joka kykenee murtamaan salauksen, voisi antaa hakkereille mahdollisuuden päästä käsiksi käyttäjien varoihin nopeasti ja suurina määrinä.
Tutkijat myönsivät kuitenkin, että teknologia ei vielä täysin kykene toteuttamaan laajoja hakkerointeja, koska siihen liittyy rajoituksia, kuten ympäristötekijöitä, laitteisto-rajoitteita ja useiden järjestelmien samanaikaiseen rikkomiseen kykenevän hyökkäyksen suunnittelun monimutkaisuus.
Kehitys paljastaa lisää haavoittuvuuksia salausjärjestelmissä.
Vaikka kvanttitietokonehyökkäys ei paljastanut tiettyjä salasanoja, tutkijat uskovat, että tuleva kehitys voi paljastaa lisää haavoittuvuuksia nykyisissä salausjärjestelmissä.
Tutkimustulokset julkaistiin China Computer Federation Chinese Journal of Computers -lehdessä 30. syyskuuta.
Vastauksena kvanttitietokoneiden mahdolliseen uhkaan Ethereumin toinen perustaja Vitalik Buterin on ehdottanut ratkaisua.
Hän ehdotti, että lohkoketjuverkot voisivat lieventää riskiä toteuttamalla hard forkin ja vaatimalla käyttäjiä lataamaan uudet lompakko-ohjelmistot.
Maaliskuussa julkaistussa viestissä Buterin korosti, että tämä infrastruktuuri voitaisiin kehittää etukäteen käyttäjien varojen suojaamiseksi.
Vuonna 2017 ryhmä tutkijoita, joihin kuuluivat muun muassa Divesh Aggarwal ja Gavin Brennen, julkaisi artikkelin, jossa varoitettiin, että Bitcoinin käyttämä elliptisen käyrän allekirjoitusjärjestelmä ”voisi optimistisimpien arvioiden mukaan olla täysin murtunut kvanttitietokoneen toimesta jo vuonna 2027”.
Kryptovaluuttojen turvallisuuden murtamiseen kvanttitietokoneet tarvitsevat kuitenkin todennäköisesti tuhansia, ellei jopa miljoonia qubitteja. Tällä hetkellä kehittyneimmissä koneissa on noin 1000 kvanttia.
Mikä on kvanttitietokone?
Kvanttitietokone on tietoteknologian kentässä nopeasti kasvava innovaatio, joka käyttää hyödykseen kvanttimekaniikan ilmiöitä laskentatehtävien ratkaisemiseksi. Siinä missä perinteinen tietokone käyttää bittiä tietojen tallentamiseen ja käsittelyyn, kvanttitietokoneen ytimessä ovat kvanttimekaniikan perusyksiköt, eli kubitit.
Näiden kubittien avulla kvanttitietokone voi käsitellä tietoa täysin uudenlaisella tavalla, mikä tekee siitä potentiaalisen vallankumouksellisen laskentatehtävissä, joissa tavallisten tietokoneiden suorituskyky rajoittuu.
Perinteisessä tietokoneessa bitti voi olla joko 0 tai 1, kun taas kvanttitietokoneen kubitti voi olla näiden molempien tilassa samanaikaisesti. Tämä ominaisuus perustuu kvanttimekaniikan ilmiöihin, kuten superpositioon ja lomittumiseen, jotka mahdollistavat monimutkaisten laskutoimitusten suorittamisen huomattavasti nopeammin kuin klassisella tietokoneella.
Superpositio tarkoittaa, että kubitti voi olla useassa tilassa samanaikaisesti, mikä mahdollistaa laskennan rinnakkaisuuden ja erittäin nopean datan käsittelyn. Toinen olennainen ilmiö, lomittuminen, mahdollistaa kubittien toisiinsa kytkeytymisen siten, että yhden kubitin tila vaikuttaa suoraan toisen kubitin tilaan riippumatta etäisyydestä. Tämä luo pohjan sille, miksi kvanttitietokoneet voivat suorittaa tietyt laskutoimitukset äärimmäisen nopeasti verrattuna perinteisiin tietokoneisiin.
Kvanttitietokoneen ainutlaatuiset ominaisuudet antavat sen suorituskyvylle etulyöntiaseman erityisesti laskennallisesti raskaissa tehtävissä, kuten monimutkaisten simulaatioiden suorittamisessa, optimoinnissa ja suurten tietomäärien analysoinnissa. Erityisesti lääketieteessä, materiaalitieteessä ja ilmastomalleissa kvanttitietokone tarjoaa mahdollisuuksia, joita perinteiset tietokoneet eivät kykene toteuttamaan kohtuullisessa ajassa.
Kvanttitietokone pystyy esimerkiksi analysoimaan lääkeaineiden molekyylirakenteita ja ennakoimaan niiden vaikutuksia tarkemmin ja nopeammin kuin nykyisin käytössä olevat teknologiat. Tämä voi nopeuttaa uusien lääkkeiden kehitystä ja tarjota parempia ratkaisuja lääketieteen ja terveydenhuollon ongelmiin.
Kvanttitietokone kiinnostaa suuryrityksiä
Vaikka kvanttitietokone tarjoaa huomattavaa potentiaalia, teknologia on vielä kehitysvaiheessa, ja sen käytännön sovellukset ovat rajallisia. Yksi suurimmista haasteista on kubittien epävakaus: kvanttitilat ovat herkkiä ulkopuolisille häiriöille, mikä vaikeuttaa tarkkojen laskutoimitusten suorittamista. Lisäksi kvanttitietokoneen kehittäminen ja ylläpito vaatii äärimmäisen kylmiä lämpötiloja, jotka tekevät laitteistosta kalliita ja monimutkaisia.
Monissa laboratorioissa ja tutkimuslaitoksissa ympäri maailmaa tehdään jatkuvasti työtä näiden teknisten haasteiden voittamiseksi, jotta kvanttitietokone voisi siirtyä kokeellisesta teknologiasta käytännön sovelluksiin.
Yritykset, kuten Google, IBM ja Microsoft, ovat panostaneet valtavasti kvanttitietokoneiden kehitystyöhön. Tavoitteena on saavuttaa niin sanottu kvanttiylivoima, eli se piste, jossa kvanttitietokone pystyy suoriutumaan laskentatehtävästä, johon klassinen tietokone ei käytännössä kykene järkevässä ajassa.
Vuonna 2019 Google ilmoitti saavuttaneensa kvanttiylivoiman, mutta väite herätti myös paljon keskustelua ja kritiikkiä. Kvanttitietokoneiden kehitystyö on siis yhä kilpailua, jossa mukana olevat yritykset ja tutkimusryhmät pyrkivät ratkaisemaan kvanttitietokoneiden tuomat haasteet ja mahdollistamaan sen hyödyntämisen laajemmin.
Suomeen rakennettu jo kaksi
Tulevaisuudessa kvanttitietokoneella voisi olla laajamittainen vaikutus moniin tieteen ja teollisuuden aloihin, ja siitä voisi tulla tehokas työkalu vaikeiden laskennallisten ongelmien ratkaisemisessa. Myös Suomessa on herätty sen tuomiin mahdollisuuksiin. Viime syksynä Suomeen valmistui maan toinen kvanttitietokone Espooseen. Teknologian tutkimuskeskus VTT ja suomalainen startup-yhtiö IQM rakensivat tämän koneen yhteistyössä Espoon Otaniemessä.
Kvanttitietokoneen odotetaan edistävän merkittävästi tekoälyn ja koneoppimisen kehitystä, mutta sen käytännönläheisimmät hyödyt ovat vielä matkan päässä.
Miksi luottaa Cryptonewsiin
Lue myös nämä
in numbers
