Los ordenadores cuánticos: el final de la criptografía?

La computación cuántica es una de esas tecnologías que es tan arcano que personajes de la televisión por nombrar soltarlo cuando quieren sonar inteligente.

La computación cuántica como una idea ha estado alrededor por un tiempo - la posibilidad teórica fue introducido originalmente por Yuri Manin y Richard Feynman en 1982. En los últimos años, sin embargo, el campo ha sido preocupante bordes más cerca de lo práctico.

Compañías como Google y Microsoft, así como agencias gubernamentales como la NSA han sido febrilmente llevando a cabo los ordenadores cuánticos desde hace años. Una empresa llamada D-Wave ha producido y está vendiendo los dispositivos que (si bien no son equipos adecuados, y sólo pueden realizar unos algoritmos) explotan las propiedades cuánticas, y son otro paso más en el camino hacia una plena Turing completo máquina cuántica.¿Cuál es la prueba de Turing Y ¿Será capaz de ser golpeado?¿Cuál es la prueba de Turing Y ¿Será capaz de ser golpeado?El Test de Turing está destinado a determinar si las máquinas piensan. ¿El programa de Eugene Goostman verdaderamente pasa la prueba de Turing, o se los creadores simplemente engañar?Lee mas

No parece razonable decir que los avances podrían ocurrir que permitirá a la primera computadora cuántica a gran escala que se construirá dentro de una década.

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Con el fin de explicar por qué estas máquinas son tan importantes, que vamos a tener que dar un paso atrás y explorar exactamente lo que los ordenadores cuánticos son, y por qué funcionan. Para empezar, vamos a hablar de un concepto llamado “tiempo de ejecución de la complejidad.”

Lo que es tiempo de ejecución de la complejidad?

Una de las grandes sorpresas en los primeros días de la informática fue el descubrimiento de que, si usted tiene un equipo que resuelve un problema de un cierto tamaño en una cierta cantidad de tiempo, duplicando la velocidad de la computadora no necesariamente dejar que abordar los problemas el doble de grande.

Algunos algoritmos aumento en el tiempo total de ejecución muy, muy rápidamente ya que el tamaño del problema crece - algunos algoritmos se pueden completar con rapidez dado 100 puntos de datos, pero completando el algoritmo da 1000 puntos de datos requeriría una computadora del tamaño de la Tierra corriendo para una mil millones de años. la complejidad de tiempo de ejecución es una formalización de esta idea: se ve en la curva de la rapidez con que crece la complejidad de un problema, y ​​utiliza la forma de la curva de clasificar el algoritmo.

En general, estas clases de dificultad se expresan como funciones. Un algoritmo que recibe proporcionalmente más difícil cuando el conjunto de datos de su trabajo sobre los aumentos (como una función de conteo simple) se dice que es una función con una complejidad en tiempo de ejecución de “norte" (Como en, se tarda norte unidades de tiempo para procesar norte puntos de datos).

Alternativamente, podría ser llamado “lineal”, ya que cuando se hace un gráfico, se obtiene una línea recta. Otras funciones podrían ser n ^ 2 o 2 ^ n o ¡norte! (N factorial). Estos son polinómica y exponencial. En los dos últimos casos, las exponenciales crecen tan rápidamente que en casi todos los casos que no pueden ser resueltos para nada más que ejemplos muy triviales.

La complejidad y el tiempo de ejecución de la criptografía

Si estás escuchando esto por primera vez y suena sentido y arcano, vamos a tratar de anclar esta discusión. la complejidad de ejecución es fundamental para la criptografía, que se basa en hacer descifrado mucho más fácil para las personas que conocen una clave secreta que para los que no lo hacen. En un esquema criptográfico ideales, descifrado debe ser lineal si tiene la clave, y 2 ^ k (Donde k es el número de bits en la clave) si no lo hace.

En otras palabras, el mejor algoritmo para descifrar el mensaje sin la clave debe ser simplemente adivinando claves posibles, que es intratable de claves sólo unos pocos cientos de bits de longitud.

Para la criptografía de clave simétrica (en la que las dos partes tienen la oportunidad de intercambiar un secreto de forma segura antes de empezar la comunicación) esto es bastante fácil. Para la criptografía asimétrica, es más difícil.

Vídeo: Ordenadores cuánticos: los aguafiestas de la criptografía clásica - Fisquito #3x07

La criptografía asimétrica, en la que las claves de cifrado y descifrado son diferentes y no se pueden calcular fácilmente el uno del otro, es una estructura mucho más difícil matemática de implementar que la criptografía simétrica, pero también es mucho más poderosa: la criptografía asimétrica le permite tener conversaciones privadas , incluso a través de las líneas aprovechado! También le permite crear “firmas digitales” para que pueda verificar que un mensaje viene, y que no ha sido manipulado.

Estas son herramientas poderosas, y constituyen el fundamento de la privacidad moderna: sin criptografía asimétrica, los usuarios de dispositivos electrónicos no tendrían una protección fiable contra miradas indiscretas.

Debido a que la criptografía asimétrica es más difícil de construir que simétrica, los esquemas de cifrado estándar que están en uso hoy en día no son tan fuertes como podrían ser: el estándar de cifrado más común, RSA, puede ser violada si se puede encontrar de manera eficiente los factores primos de un muy gran número. La buena noticia es que eso es un problema muy difícil.

El algoritmo más conocido para factorizar números grandes en su mejor momento de componentes se llama la criba general de campo numérico, y tiene una complejidad en tiempo de ejecución que crece un poco más lento de lo 2 ^ n. Como consecuencia, las llaves tienen que ser diez veces más largo con el fin de proporcionar una seguridad similar, que es algo que la gente normalmente se toleran como un costo de hacer negocios. La mala noticia es que todo el campo de juego cambia cuando los ordenadores cuánticos son arrojados a la mezcla.

Las computadoras cuánticas: Cambia el Juego Crypto

Los ordenadores cuánticos trabajar, ya que pueden tener múltiples estados internos, al mismo tiempo, a través de un fenómeno cuántico llamado “superposición”. Eso significa que pueden atacar diferentes partes de un problema a la vez, divididos en las posibles versiones del universo. También pueden ser configurados de tal manera que las ramas que resuelven el problema terminan con más amplitud, de manera que cuando se abre la caja de gato de Schrödinger, la versión del estado interno que tiene mayor probabilidad de ser presentado con una presumida gato -looking la celebración de un mensaje descifrado.

Vídeo: Seminario de introducción a la Computación y Criptografía Cuántica 1

Para obtener más información acerca de los ordenadores cuánticos, echa un vistazo nuestro reciente artículo sobre el tema!¿Cómo funcionan óptica y ordenadores cuánticos?¿Cómo funcionan óptica y ordenadores cuánticos?La Edad Exaescala está por venir. ¿Sabe usted cómo óptica y ordenadores cuánticos trabajo, y tendrán estas nuevas tecnologías a ser nuestro futuro?Lee mas

El resultado de esto es que los ordenadores cuánticos no son sólo linealmente más rápido, los ordenadores normales forma en que se: Obtención de dos o diez o cien veces más rápido no ayuda mucho cuando se trata de la criptografía convencional que eres cientos de miles de veces demasiado lento para procesar. Quantum algoritmos de apoyo equipos que tienen complejidades tiempo de ejecución de menor crecimiento que son de otra manera posible. Esto es lo que hace que los ordenadores cuánticos fundamentalmente diferente de otras tecnologías computacionales futuras, como grafeno y memrister cómputo.

Para un ejemplo concreto, el algoritmo de Shor, que sólo se puede ejecutar en un ordenador cuántico, puede factorizar números grandes en log (n) ^ 3 tiempo, que es drásticamente mejor que el mejor ataque clásico. Usando el tamiz general de campo numérico para factorizar un número con 2048 bits tarda unos 10 ^ 41 unidades de tiempo, lo que equivale a más de un billón de billones de billones de dólares. Usando el algoritmo de Shor, el mismo problema sólo se tarda unos 1000 unidades de tiempo.

El efecto se vuelve más pronunciado cuanto más tiempo las teclas son. Ese es el poder de los ordenadores cuánticos.

No me malinterpreten - ordenadores cuánticos tienen una gran cantidad de posibles usos no malignos. Los ordenadores cuánticos pueden resolver eficazmente el problema del viajante, permitiendo a los investigadores a construir redes de transporte más eficientes y circuitos de diseño mejor. Los ordenadores cuánticos ya tienen usos de gran alcance en la inteligencia artificial.

Dicho esto, su papel en la criptografía va a ser catastrófico. Las tecnologías de cifrado que permiten que nuestro mundo para mantener el funcionamiento dependen del problema de factorización de enteros siendo difícil de resolver. RSA y esquemas de cifrado relacionadas son lo que le dejó confiar en que estás en el sitio adecuado, que los archivos que descargas no están plagados de malware, y que las personas no están espiando en su navegación por Internet (si está usando Tor).

Vídeo: Entrevista a José Ignacio Latorre, Catedrático de Física Cuántica

Criptografía mantiene su cuenta bancaria segura y asegura la infraestructura nuclear del mundo. Cuando los ordenadores cuánticos se convierten en práctica, todos los que la tecnología deja de funcionar. La primera organización para desarrollar un ordenador cuántico, si el mundo sigue trabajando en las tecnologías que utilizamos hoy en día, que va a estar en una posición tremendamente potente.

Por lo tanto, es inevitable apocalipsis cuántica? ¿Hay algo que podamos hacer al respecto? Pues resulta que ... sí.

Después de la criptografía cuántica

Hay varias clases de algoritmos de cifrado que, hasta donde sabemos, no son significativamente más rápido para resolver en un ordenador cuántico. Estos son conocidos colectivamente como la criptografía cuántica post, y ofrecen alguna esperanza de que el mundo puede hacer la transición a sistemas criptográficos que queden bien cerrados en un mundo de cifrado cuántico.

candidatos prometedores incluyen la encriptación basada en celosía, como Anillo-Learning con error, que deriva su seguridad desde un problema de aprendizaje automático demostrable compleja, y la criptografía multivariante, que deriva su seguridad desde la dificultad de resolver grandes sistemas de ecuaciones simples. Puede leer más sobre este tema en el Artículo de Wikipedia. Cuidado: una gran cantidad de este material es compleja, y es posible que el fondo de las matemáticas necesita ser reforzado considerablemente antes de que realmente puede cavar en los detalles.

La comida para llevar de un montón de esto es que cryptoschemes post-cuánticos son muy fresco, pero también muy joven. Que necesitan más trabajo para ser eficiente y práctico, y también para demostrar que son seguros. La razón por la que somos capaces de confiar en sistemas criptográficos se debe a que hemos tirado genios suficiente clínicamente paranoicos con ellos por lo suficiente para que se habrían descubierto las deficiencias evidentes de largo por ahora, y los investigadores han demostrado varias características que los hacen fuertes.

La criptografía moderna depende de la luz como desinfectante, y la mayoría de los esquemas criptográficos post-cuánticos son simplemente demasiado nuevo como para confiar en la seguridad del mundo a. Se están poniendo allí, sin embargo, y con un poco de suerte y un poco de preparación, los expertos en seguridad pueden completar el cambio antes del primer ordenador cuántico viene siempre en línea.

Si fallan, sin embargo, las consecuencias pueden ser nefastas. La idea de que alguien que tiene ese tipo de poder es inquietante, incluso si usted es optimista acerca de sus intenciones. La cuestión de que primero se desarrolla un ordenador cuántico de trabajo es uno que todo el mundo debe ver con mucho cuidado a medida que avanzamos hacia la próxima década.

¿Está preocupado por la inseguridad de la criptografía para los ordenadores cuánticos? ¿Cuál es su opinión? Comparte tu opinión en los comentarios de abajo!