Come la fisica quantistica può potenziare la crittografia

Con lo sviluppo della crittografia quantica, aumenterà a livelli impensabili la potenza computazionale - e i sistemi che utilizziamo per proteggere i nostri dati (e le nostre democrazie) diventeranno ancora più vulnerabili. Ma prima di scrivere in agenda l'imminente Apocalisse dei dati, siamo ancora in tempo, afferma l'esperto di crittografia Vikram Sharma.
Scoprite come combatte i quanti con i quanti: dalla progettazione di dispositivi di sicurezza ai programmi che usano le proprietà della fisica quantistica come difesa contro gli attacchi più sofisticati.

Di recente, abbiamo visto gli effetti
dei cyber-attacchi nel mondo degli affari.

Furti di dati ai danni di JP Morgan,
Yahoo, Home Depot e Target

hanno causato perdite
per centinaia di milioni di dollari

e in alcuni casi miliardi di dollari.

Non servirebbero molti attacchi estesi
per danneggiare l'economia mondiale.

Anche il settore pubblico
non ne è stato immune.

Tra il 2012 e il 2014,

si è verificato un furto di dati

dagli uffici della
Pubblica Amministrazione.

Sono stati compromessi
dati sulla sicurezza e, impronte digitali

e questo ha riguardato
22 milioni di impiegati.

Avrete sentito degli hacker
al soldo dello stato

che usano dati rubati per manipolare
le elezioni in alcuni paesi.

Due esempi sono la compromissione
di una grande quantità di dati

dal Bundestang, il Parlamento
della Repubblica Democratica Tedesca

e, negli Stati Uniti, il furto di email
al Comitato Nazionale Democratico.

Ora le minacce riguardano
la democrazia stessa.

Probabilmente andrà ancora peggio.

Con lo sviluppo della tecnologia,

i sistemi attuali per la protezione
dei dati sono più vulnerabili.

Si aggiunge a questo scenario
un nuovo tipo di tecnologia,

chiamata criptografia quantica,

che applica le proprietà fisiche
delle microparticelle

per portare ad un impensabile aumento
della potenza di calcolo.

Con facilità può decifrare
molti dei sistemi di crittografia

in uso oggi.

Non c'è speranza?

Ci liberiamo dei nostri ingranaggi
di sopravvivenza digitale

e aspettiamo l'imminente
Apocalisse dei dati?

Non ancora.

La criptografia quantica
è ancora sperimentale

e ci vorranno alcuni anni
prima di poterla applicare.

Ancora piü importante,

sono già accaduti alcuni incidenti
nel campo della crittografia.

Questo è un momento molto entusiasmante

nella storia della sicurezza dei dati.

Circa 15 anni fa,

quando ho appreso di questa nuova capacità

di creare effetti quantici
che non esistono in natura,

ero entusiasta.

Applicare fondamentali leggi della fisica

per rendere più forte la crittografia

mi incuriosiva parecchio.

Oggi laboratori selezionati
in tutto il mondo, incluso il mio,

stanno sviluppando questa tecnologia
per applicazioni pratiche.

Proprio così.

Ci stiamo preparando alla sfida
Quanti Vs Quanti.

Come funziona?

Consideriamo in breve la crittografia.

Avete bisogno di una borsa 24 ore,

documenti importanti da spedire
all'amico James Bond,

e un meccanismo di blocco
per mantenerli al sicuro.

Siccome sono documenti secretati,
useremo una tecnologia avanzata.

Ha una speciale combinazione

che permette, se chiusa,

di convertire il testo in numeri casuali.

Mettete i documenti,
chiudete il meccanismo --

i documenti all'interno
sono convertiti in numeri casuali --

spedite la valigetta a James.

Mentre è in corso la spedizione,
lo chiamate per dargli il codice.

Quando prende la borsa,
inserisce il codice,

riguadagna la documentazione, e voilà,

avete appena inviato
un messaggio in codice a James Bond.

(Risate)

Esempio divertente, ma illustra
tre importanti aspetti della crittografia.

Il codice -- lo chiamiamo
chiave di crittografia.

Immaginatelo come una password.

La telefonata a James per dargli
la combinazione del lucchetto

La chiamiamo
chiave di cifratura/decifratura.

Questo per assicurarsi

che la chiave di crittografia
giunga al destinatario giusto.

Il lucchetto, che codifica
o decodifica il documento.

Lo definiamo un algoritmo di crittografia.

Usando la chiave, si converte il testo

in numeri casuali.

Un buon algoritmo
convertirà i dati in modo tale

che senza conoscere la chiave
sarà molto difficile guadagnare il testo.

L'aspetto importante della crittografia

è che, se qualcuno ruba la valigetta
e forza l'apertura

senza la chiave di cifratura
e l'algoritmo di crittografia,

non potrà leggere i documenti.

Saranno soltanto
un insieme di numeri casuali.

I sistemi di sicurezza
si affidano a sistemi di cifratura

per comunicare la chiave di crittografia
al giusto destinatario.

Il rapido sviluppo
della potenza computazionale

sta mettendo a rischio
alcuni dei metodi di cifratura in uso.

Considerate ad esempio
uno dei sistemi più usati, l'RSA.

Alla data della sua invenzione, nel 1977,

venne stimato che ci sarebbero voluti
40 quadrilioni di anni,

per decifrare la chiave RSA a 426 bit.

Nel 1994, appena 17 anni dopo,

il codice venne decifrato.

Così come i computer
diventano sempre più potenti,

allo stesso modo i codici
devono essere molto più estesi.

Allo stato attuale, siamo nell'ordine
di 2.048 o 4.096 bit.

Come sapete, crittografi e craker
viaggiano in corsia di sorpasso

per superarsi l'un l'altro in astuzia.

Con l'arrivo dei computer quantici
nei prossimi 10 o 15 anni,

riusciranno ancora più rapidamente
a fare breccia nella matematica complessa

sottostante a molti
dei sistemi di crittografia odierni.

Il computer quantico renderà
il nostro castello fortificato

in una fragile casa di carte.

Dobbiamo trovare un modo
per difendere il nostro castello.

Ricerche recenti

studiano effetti quantici
per rendere più sicura la crittografia.

Ci sono alcune importanti novità.

Ricordate i tre principali aspetti
della crittografia --

chiavi di alta qualità e sicure,
un buon algoritmo?

Il progresso scientifico
e dell'ingegneria,

stanno mettendo due
di questi tre elementi a rischio.

Innanzi tutto, le chiavi.

Numeri casuali sono la base dei blocchi
di dati delle chiavi di crittografia.

Ma oggi, non sono del tutto casuali.

Attualmente ricaviamo
chiavi di crittografia

da sequenze di numeri casuali
generate da software,

cosiddetti numeri pseudo-casuali.

Numeri generati da un programma
o da una sequenza matematica

avranno alcuni, forse sottostanti,
campionamenti.

Meno casuali sono i numeri,

o in termini scientifici,
meno entropia c'è all'interno,

più saranno facili da prevedere.

Di recente, numerosi casinò
hanno subito un attacco originale.

I risultati delle slot machine
sono stati monitorati per un periodo

e dopo analizzati.

Questo ha permesso alla cyber-criminalità

di capovolgere l'architettura
del generatore dei numeri pseudo-casuali

a monte del meccanismo di rotazione.

Ha permesso, con molta accuratezza,
di predire i risultati della rotazione,

facendo vincere somme notevoli.

Gli stessi rischi si possono applicare
alle chiavi di crittografia.

Un generatore di numeri casuali
è essenziale per una crittografia sicura.

Per anni, i ricercatori si sono dedicati
ai generatori di numeri casuali.

Ma molte architetture di dati
non sono né sufficientemente casuali,

né abbastanza veloci,
né facilmente replicabili.

Ma il mondo dei quanti
è autenticamente casuale.

Quindi ha senso trarre vantaggio
da questa casualità intrinseca.

I dispositivi che misurano
gli effetti quantici

possono produrre una stringa infinita
di numeri casuali a velocità elevate.

Riuscirebbero a sventare gli attacchi
di quei possibili criminali dei casinò.

Un gruppo selezionato di università
e aziende di tutto il mondo

si dedica alla costruzione
di generatori di veri numeri casuali.

Nella mia azienda, il nostro generatore
di numeri casuali quantici,

ha preso vita su una tabella
a fibre ottiche larga due metri per uno.

Siamo riusciti a ridurla
alle dimensioni di un server.

Oggi, è una PC card per computer standard.

Vi presento il generatore
di numeri casuali più veloce al mondo.

Misura gli effetti quantici per produrre
un bilione di numeri casuali al secondo.

Viene usato per migliorare la sicurezza

di cloud provider, banche
e agenzie governative

in tutto il mondo.

(Applausi)

Ma anche con un vero generatore
di numeri casuali,

abbiamo ancora la seconda grande minaccia:

il problema di chiavi sicure
di cifratura/decifratura.

Le tecniche attuali non si opporranno
ad un computer quantico.

La soluzione quantica a questo problema

è chiamata probabilità della distribuzione
statistica della chiave quantica o QKD,

che applica una caratteristica
di base e controintuitiva

della meccanica quantistica.

L'atto stesso di osservare una particella
quantica fa cambiare il suo moto.

Vi illustro con un esempio
come questo avviene.

Supponete di decifrare
il codice a James Bond.

Questa volta, invece di chiamarlo
per dargli il codice,

useremo gli effetti quantici di un laser
per trasportare il codice

e lo invieremo attraverso
le fibre ottiche standard.

Supponiamo che il Dottor No
stia provando a decifrare il codice.

Per fortuna, il tentativo di intercettare
la chiave quantica in transito

lascerà delle impronte digitali
che possono essere rilevate.

Si potranno così scartare
le chiavi intercettate.

Le chiavi rimaste

saranno usate per fornire
una protezione dei dati molto efficace.

Poiché la sicurezza si basa
sulle fondamentali leggi della fisica,

un computer quantico,
o qualsiasi computer futuro

non sarà in grado di infrangerlo.

Insieme al mio team collaboro
con le più importanti università

e il settore della difesa

per sviluppare
questa entusiasmante tecnologia

in una nuova generazione
di prodotti per la sicurezza.

L'internet degli oggetti
avrà una nuova era di connessioni

con 25-30 miliardi di dispositivi
connessi previsti al 2020.

Per un funzionamento corretto
della società in un mondo IoT,

la fiducia nel sistema che supporta
questi dispositivi connessi è vitale.

Stiamo scommettendo su una tecnologia
essenziale nel fornire questa fiducia,

permettendoci di beneficiare
delle sorprendenti innovazioni

che arricchiranno davvero le nostre vite.

Grazie.

(Applausi)