Az a dolgom, hogy titkokra vigyázzak,
beleértve az önök titkait is.
A védvonal első sorát kriptográfusok adják
a századok óta dúló háborúban.
A harc a kódolók
és a kódfejtők között zajlik,
és az információszerzésről szól.
Az információszerzés modern csatatere digitális:
A telefonjainktól kezdve
a számítógépeinken át az internetig
mindenhol zajlik.
A mi munkánk pedig az, hogy olyan hálózatokat hozzunk létre,
melyek megvédik az önök e-mailjeit, bankkártyaszámait, hívásait, sms-eit,
beleértve a szaftos szelfiket is.
(Nevetés)
A célunk az, hogy az információhoz csak az férjen hozzá,
akinek szánták.
Nemrég még azt hittük,
hogy végérvényesen megnyertük ezt a háborút.
Ma az önök okostelefonjainak olyan a titkosítása,
amelyről azt hittük, hogy feltörhetetlen és az is marad.
Nem lett igazunk,
mert nemsokára megjelennek a kvantumszámítógépek,
és teljesen át fogják írni a játékszabályokat.
A történelem során a titkosítás és a kódtörés
mindig macska-egér játékot játszott egymással.
Az 1500-as években Mária skót királynő azt hitte,
hogy olyan titkosírással levelezik,
melyet csak saját katonái tudnak megfejteni,
de Erzsébet angol királynő kódtörőinek
ez egyáltalán nem jelentett gondot.
Megfejtették Mária leveleit,
rájöttek, hogy a skót királynő merényletet tervez Erzsébet ellen,
ezért lefejezték.
Néhány évszázaddal később, a II. világháborúban
a nácik az Enigma-kóddal kommunikáltak.
Ez sokkal bonyolultabb titkosítás, és feltörhetetlennek hitték.
Viszont a jó öreg Alan Turing –
ő a mai modern számítógép feltalálója is –
olyan gépezetet épített, amely képes volt feltörni az Enigmát.
Visszafejtette a németek üzeneteit,
s ezzel Hitler és a Harmadik Birodalom bukásához is hozzájárult.
Szóval a történet évszázadok óta ugyanaz:
A kriptográfusok továbbfejlesztik a titkosítási eljárásokat,
a kódtörők pedig a visszafejtésükkel vágnak vissza nekik.
Ez mindig oda-vissza játszma volt, s a felek mindig fej fej mellett haladnak.
Viszont az 1970-es években
néhány kriptográfusnak igazán nagy áttörést sikerült elérnie.
Nagyon erős titkosítási eljárást fejlesztettek ki:
a ''nyilvános kulcsú titkosítást''.
A történelemben ezt megelőzően használt módszerekkel ellentétben
a bizalmasan üzenni kívánó felek
előre megadott, titkos jelszó nélkül tudtak kommunikálni.
A nyilvános kulcsú titkosításnak köszönhetően
biztonságban felvehetjük a kapcsolatot a világon bárkivel,
függetlenül attól, hogy előzőleg osztottunk-e meg bármit is.
Mindez olyan gyorsasággal történik, hogy észre sem vesszük a folyamatot.
Mindegy, hogy egy ismerősüket hívják el sörözni,
vagy épp dollármilliárdokat készülnek átutalni az egyik bankból a másikba;
a modern titkosítással
csak milliszekundumok kérdése az adatátvitel biztonságossá tétele.
Az ezt lehetővé tevő a briliáns megoldás
bonyolult matematikai problémákon alapul.
A kriptográfusok olyan műveletekkel szeretnek foglalkozni,
melyekkel számítógépek nem boldogulnak:
ezek bármely két, tetszőleges nagyságú számot összeszoroznak,
de fordított helyzetben,
amikor a szorzatból kiindulva arra vagyunk kíváncsiak,
hogy mely két szám szorzata ez az eredmény,
már elég nagy problémát jelent nekik.
Ha megkérdezném önöket, mely két számjegyű számok szorzata a 851,
a jelenlévők többségének
az előadás végéig sem sikerülne eredményhez jutnia,
még számológéppel sem.
Ha pedig még nagyobb számokkal dolgozunk,
nincs olyan számológép a Földön, mely képes lenne elvégezni a műveletet.
Igazából, a világ leggyorsabb szuperszámítógépének
a világegyetem koránál is hosszabb időre lenne szüksége,
hogy megtalálja a szorzat tényezőit.
A műveletet prímfaktorizációnak nevezik,
és az okostelefonjaink és laptopjaink
e pillanatban is ennek segítségével tartják biztonságban az adatainkat.
Ez a modern titkosítás alapja.
A tény, hogy a Föld összes számítógépe együttvéve sem képes elvégezni,
arra engedett következtetni minket, kriptográfusokat,
hogy végérvényesen lépéselőnyt szereztünk a kódtörőkkel szemben.
De talán túlságosan elbíztuk magunkat,
mert amikor azt hittük, hogy megnyertük a háborút,
megjelent egy rakás XX. századi fizikus,
és bejelentette, hogy az univerzum törvényei,
azok a törvények, melyekre a kriptográfia is épül,
nem pont olyanok, amilyennek hittük őket:
azt hittük, hogy egy tárgy nem lehet egy időben több helyen,
de kiderült, hogy nem így van.
Azt sem hittük, hogy ugyanabban az időben
valami foroghat az óramutató járásával megegyező és ellenkező irányban,
de kiderült, hogy mégis.
Azt hittük, hogy két olyan dolog,
mely fényévekre van egymástól az univerzum két ellentétes oldalán,
nem lehet egymásra befolyással ugyanabban a pillanatban.
Ebben is tévedtünk.
De ilyen az élet, nem?
Amikor azt hisszük, mindenre gondoltunk, minden sínen van,
jön pár fizikus, és bejelenti:
az univerzum alaptörvényei teljesen mások,
mint ahogy eddig gondoltuk.
(Nevetés)
Ez mindent összekuszál.
Ebben az icipici szubatomi világban,
az elektronok és protonok szintjén,
a fizika mindannyiunk által ismert és szeretett alaptörvényeit
kidobhatjuk az ablakon.
Itt kerülnek a képbe a kvantummechanika törvényei.
A kvantummechanikában egy elektron képes arra,
hogy egyidejűleg az óramutató járásával azonos és ellentétes irányban is forogjon,
a proton pedig lehet egy időben két helyen.
Lehet, hogy mindez tudományos fantasztikumnak tűnik,
de csak azért,
mert az univerzumunk bolond kvantumtermészete
elbújik előlünk.
Egészen a XX. századig rejtve maradt,
de most, hogy rátaláltunk,
az egész világ azon verseng, hogy kvantumszámítógépet építsen —
olyan számítógépet,
mely képes kamatoztatni e különös kvantumtulajdonságokat.
E gépek annyira forradalmiak és erősek,
hogy a mai leggyorsabb számítógépek is hasznavehetetlennek tűnnek mellettük.
Néhány nagyon érdekes probléma kapcsán
a mai leggyorsabb szuperszámítógépek
közelebb állnak az abakuszhoz,
mint a kvantumszámítógéphez.
Így van, az a faeszköz a golyókkal!
A kvantumgépek képesek olyan kémiai és biológiai folyamatokat szimulálni,
melyek a klasszikus számítógépek tudásától még nagyon messze állnak.
Akár Földünk legnagyobb problémáinak megoldásában is segítségünkre lehetnek.
Segítséget nyújtanak majd az éhezés világméretű problémájában,
a klímaváltozás kapcsán,
az eddig gyógymód nélküli betegségek és járványok elleni küzdelemben,
az emberfeletti mesterséges intelligencia kifejlesztésében,
és talán ami ezeknél is fontosabb:
segíteni fognak nekünk az univerzum természetének megértésében.
Viszont ezzel az óriási potenciállal
hihetetlen kockázatok is járnak.
Emlékeznek még a nemrég említett nagy számokra?
Nem a 851-ről beszélek,
de azoknak, akik azóta is keresik a helyes tényezőket,
segítek megoldani a rejtélyt:
23 szorozva 37-tel.
(Nevetés)
Az ezután említett még nagyobb számra gondolok.
Míg napjaink leggyorsabb szuperszámítógépének
az univerzum koránál is több idő kell a tényezők megtalálásához,
egy kvantumszámítógép könnyedén faktorizálna
ennél sokkal nagyobb számokat is.
A kvantumszámítógép fel fogja törni
a hekkerek ellen kifejlesztett összes jelenlegi titkosítást.
Ez nagyon egyszerű feladat lesz neki.
Hadd magyarázzam meg másképp:
ha a kvantumszámítás egy lándzsa,
akkor a modern titkosítás,
ez az évtizedekig feltörhetetlen, biztonságot adó eljárás
csupán papírpajzs lenne.
Az, aki hozzáfér kvantumszámítógéphez, megszerzi a mesterkulcsot,
és bármihez hozzáférhet a digitális világban:
bankot rabolhat,
gazdasági rendszereket irányíthat,
kórházakat választhat le az áramellátásukról,
atombombát robbanthat,
vagy egyszerűen a tudtunk nélkül figyelhet minket a webkameránkon át.
A ma használatos készülékeinkben,
mint ez itt,
az információ alapegysége a bit.
Egy bit kétféle állapotú lehet:
0 vagy 1.
Amikor édesanyámat FaceTime-on hívom a világ másik végéről —
mit fogok kapni a kép miatt... —,
(Nevetés)
igazából csak nullák és egyesek tömkelegét küldözgetjük,
melyek rekordsebességgel készülékről készülékre,
műholdról műholdra továbbítják az adatokat.
A bitek nagyon hasznosak.
Minden egyes technológiai folyamatot
ezeknek a hasznos biteknek köszönhetünk.
De most már kezdjük megérteni,
hogy a bitek nagyon nehezen szimulálják
az összetett molekulák és részecskék viselkedését:
bizonyos értelemben a szubatomi folyamatok
két vagy több ellentétes dolgot is végezhetnek egy időben,
hiszen a kvantummechanika fura törvényei szerint viselkednek.
A múlt század végén
néhány valóban zseniális fizikus előjött egy okos ötlettel:
a kvantummechanika alapelvei szerint
kellene megépíteni a számítógépeket.
A kvantumszámítógépeknél az információ alapegysége a qubit,
más néven kvantumbit.
Míg a bit állapota csak 1 vagy 0 lehet,
addig a qubit végtelen sok állapotú.
Ez azt jelenti,
hogy a qubit a 0-nak és az 1-nek is
több kombinációja ugyanabban az időben.
Ezt a jelenséget szuperpozíciónak hívják.
Amikor két qubit szuperpozícióba kerül,
tulajdonképpen
a 00, 01,10 és 11 állapotok négy kombinációjáról,
három qubit szuperpozíciójánál
az ezekből előállítható 8 kombinációról beszélünk
és így tovább.
Minden további qubit szuperpozícióba kerülésekor
megduplázódik az egy időben többféleképp előforduló kombinációk száma.
Tehát minél több qubittel dolgozunk,
úgy nő exponenciálisan
az egy időben előforduló kombinációk mennyisége.
Így talán már érezhető,
honnan fakad a kvantumszámítás ereje.
A modern titkosításban a magánkulcsaink,
mint például a már említett nagyobb szám két tényezője,
csak nullák és egyesek hosszú sorozatai.
Hogy megtaláljuk őket,
egy klasszikus számítógépnek
egymás után sorra kell vennie minden egyes kombinációt,
mire megtalálja azt az egy sorozatot, mely feloldja a titkosításunkat.
Egy kvantumszámítógép,
ha abban elég qubit kerül szuperpozícióba,
egy időben képes kiszűrni az információt minden egyes kombinációból.
Csak egy pár lépésre van szüksége,
hogy elvethesse a helytelen kombinációkat,
kiválassza a helyes megoldókulcsot,
majd hozzáférjen féltve őrzött titkainkhoz.
Ezen az őrületes kvantumszinten
hihetetlen dolog történik:
vezető fizikusaink közkeletű felfogása szerint
és próbáljanak meg követni —
a saját párhuzamos univerzumán belül
minden egyes kombinációt átvizsgál a saját kvantumszámítógépe.
E kombinációk úgy viselkednek, mint a vízmedence hullámai:
ha a kombinációk nem jók,
akkor kioltják egymást,
s amikor megfelelőek,
a kombinációk felerősítik egymást.
A kvantumszámítási folyamat végén
csak a helyes megoldás marad,
melyet itt, ebben az univerzumban figyelhetünk meg.
Azért, ha ez nem teljesen érthető, ne essenek kétségbe,
(Nevetés)
mert jó kezekben vannak.
Niels Bohr, a szakma egyik úttörője egyszer azt mondta,
hogy bárki, aki anélkül merül el a kvantummechanikában,
hogy mélyen megdöbbenne rajta,
még nem értette meg.
(Nevetés)
De talán most már talán kicsit világosabb, mivel állunk szemben,
és miért kell a kriptográfusoknak
ennyire odatenniük magukat ahhoz, amit csinálnak.
Gyorsan kell cselekednünk,
mert a kvantumszámítógépek
már szerte a világon megjelentek a laboratóriumokban.
Szerencsére pillanatnyilag még elég kezdetlegesek,
így nem képesek arra,
hogy feltörjék a jelenlegi, fejlettebb titkosítási kulcsokat.
Ez viszont nem sokáig lesz már így.
Többen gondolják úgy, hogy titkos állami szerveknek
már eddig is sikerült,
csak egyelőre nem hozták nyilvánosságra.
Számos szakértő véleménye, szerint több mint 10 év,
mások úgy gondolják, inkább 30 év szükséges még ehhez.
Önök úgy vélhetik, hogy ha van még 10 évünk,
ez biztosan elég ahhoz, a kriptográfusok megoldást találjanak,
s még idejében biztonságban tudhassuk az internetet.
De sajnos, ez nem ennyire egyszerű.
Még akkor sem, ha eltekintünk az új technológia szabványosításához,
bevezetéséhez és széleskörűvé tételéhez szükséges évek számától.
Lehet, hogy már így is késésben vagyunk.
Lehet, hogy dörzsölt digitális bűnözők és állami szervek már most is tárolnak
ránk vonatkozó bizalmas tartalmakat
a kvantum jövőjére való tekintettel.
Egyes vezetők,
katonatábornokok
és a hatalmakat megkérdőjelező civilek üzenetváltásai
pillanatnyilag titkosítás alatt állnak,
de a kvantumszámítógéppel, ha az olyan kezekbe kerül,
bármi dekódolható lesz
akár visszamenőleg is.
Bizonyos kormányzati s pénzügyi szektorok,
katonai szervek
bizalmas adatokat csak 25 év elteltével hozhatnak nyilvánosságra.
Tehát ha 10 éven belül tényleg létezni fog már kvantumszámítógép,
ezek a szervek már most 15 év késésben vannak
titkosításuk kvantumbiztossá tételével.
Amíg a világ tudósai versenyt futnak
a kvantumszámítógép megépítéséért,
mi a titkosítási eljárásokat próbáljuk gyorsan újragondolni,
hogy felkészülhessünk a kvantumszámítógépek megjelenésére.
Új és nehéz matematikai problémákat keresünk,
melyek a faktorizációhoz hasonlóan
az okostelefonjainkon és a laptopjainkon jelenleg is használhatóak.
Viszont a faktorizációval ellentétben, ezeknek olyan nehéznek kell lenniük,
hogy még kvantumszámítógéppel se lehessen őket megoldani.
Az utóbbi években a matematika sokkal szélesebb spektrumán keresgéltünk,
hogy ilyen problémákat találjunk.
Olyan számokat és tárgyakat keresünk,
melyek sokkal egzotikusabbak és absztraktabbak,
mint amelyekhez már hozzászokhattunk a számológépeken.
Úgy gondoljuk,
sikerült találnunk néhány olyan geometriai problémát,
melyek beválhatnak.
Viszont nem olyan két- vagy háromdimenziós geometriai problémákról van szó,
mint amiket papíron próbáltunk megoldani a középiskolában:
E problémák legtöbbje több mint 500 dimenziós,
így nemcsak, hogy egy kissé nehéz lenne papíron megoldani őket,
de egy kvantumszámítógépnek is meggyűlne velük a baja.
Noha a dolog még gyerekcipőben jár,
nagyon bízunk abban, hogy digitális világunkat
biztonságossá tehetjük, és felkészíthetjük a kvantumjövőre.
Az összes tudóshoz hasonlóan
mi, kriptográfusok is hihetetlenül izgatottak vagyunk
egy kvantumszámítógépekkel teli világ lehetőségétől,
hiszen hatalmas segítséget jelentenének a világnak.
De nem számít, milyen technológiákat hoz számunkra a jövő,
az emberiségnek mindig is lesznek titkai,
és érdemes vigyáznunk rájuk.
Köszönöm!
(Taps)