Powszechna obecność komputerów kwantowych to wciąż dość odległa przyszłość, jednak specjaliści już pracują nad kryptografią postkwantową, czyli technikami kryptograficznymi mającymi na celu uchronienie nas przed atakami przeprowadzanymi za pomocą komputerów kwantowych. Algorytmy takie wymagają jednak olbrzymich mocy obliczeniowych. Teraz naukowcy z Niemiec ogłosili, że stworzyli układ scalony, który bardzo efektywnie wykorzystuje tego typu algorytmy i może rozpocząć epokę kryptografii postkwantowej.

Większość współczesnej kryptografii korzysta z faktu, że komputery klasyczne potrzebują bardzo dużo czasu do rozwiązania złożonych problemów matematycznych, takich jak faktoryzacja (rozkład na czynniki) wielkich liczb. Jednak komputery kwantowe będą radziły sobie z takimi obliczeniami błyskawicznie. A przeprowadzenie udanej faktoryzacji oznacza we współczesnej kryptografii złamanie szyfru.

Dlatego też specjaliści już od lat projektują algorytmy dla kryptografii postkwantowej. To problemy matematyczne, które mają sprawiać dużą trudność zarówno komputerom klasycznym jak i kwantowym. Wiele z nich to algorytmy kratowe. Ta krata to zbiór punktów w przestrzeni z periodyczną strukturą. W strukturze tej można zapisać wektory. Zaszyfrowana wiadomość zależy od jednego z tych punktów/wektorów. Do kraty dodawany jest też losowy szum, a cała trudność polega na tym, by – nie wiedząc jaki szum został dodany – znaleźć oryginalny punkt/wektor za pomocą którego zaszyfrowano wiadomość i go odszyfrować.

Odszyfrowanie tak zabezpieczonej wiadomości jest trudne zarówno dla komputerów klasycznych jak i kwantowych. Jednak wykorzystanie takiego algorytmu wymaga bardzo dużych mocy obliczeniowych. Georg Sigl i jego koledzy z Uniwersytetu Technicznego w Monachium właśnie rozwiązali ten problem.

Wspólnie z Siemensem, Infineonem i Giesecke+Devrient stworzyli układ scalony oparty na opensource’owej architekturze RISC-V. Zarówno układ jak i pracujące na nim oprogramowanie zostały zoptymalizowane pod kątem pracy z algorytmami kratowymi.
W porównaniu z rozwiązaniami bazującymi tylko na oprogramowaniu, nowy układ jest 10-krotnie szybszy podczas pracy z Kyberem, jednym z najbardziej obiecujących algorytmów kratowych. Wykorzystuje też 8-krotnie mniej energii. Co więcej układ jest na tyle elastyczny, że pracuje też z SIKE, innym algorytmem kryptografii postkwantowej, który nie jest algorytmem kratowym. W tym przypadku ma być on 21-krotnie szybszy niż rozwiązania czysto software’owe.

Twórcy nowego układu pracują też nad rozwiązaniem innego problemu bezpieczeństwa – trojanów sprzętowych. To złośliwe elementy sprzętowe celowo wprowadzane do układów scalonych. Sigle i jego grupa wbudowali w swój układ cztery takie trojany.

Aby wiedzieć, czy można zaufać danemu chipowi, musimy posiadać metody jego weryfikacji. Chcemy się dowiedzieć, w jaki sposób można sprawdzić sam sprzęt i wykryć w nim sprzętowe trojany, wyjaśnia Sigl. Każdy z trojanów, które badają specjaliści z Monachium, działa w inny sposób. Jeden może zmniejszać wydajność układu, inny zaś przekazywać dane na zewnątrz. Celem badań jest stworzenie metod identyfikacji tego typu zagrożeń. Na razie udało się opracować trzy metody wykrywania sprzętowych trojanów na etapie projektowania układu scalonego.

 

 

Źródło: Spectrum IEEE,  https://spectrum.ieee.org/risc-v-chip-delivers-quantum-resistant-encryption
0 0 votes
Article Rating