Kriptográfusok, kvantumszámítógépek és az információháború

A kriptográfus Craig Costello előadása által bepillantást nyerhetünk a technológia jövőjébe. A kvantumszámítógépek világmegváltó potenciáljáról fejti ki álláspontját, s arról mesél, miként szárnyalhatják túl ezek a gépek a mai számítógépek korlátait, és hogyan kaparinthatják meg kódtörők a digitális világ mesterkulcsát.

Ismerjék meg, hogyan futnak versenyt kriptográfusok az idővel annak érdekében, hogy időben megújítsák a titkosítási eljárásokat, és biztonságossá tegyék az internetet.

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)