Rubriigi toob sinuni 

Kvantarvutid lükkavad ümber kogu senise interneti alustala, aga Eesti teadlased tegelevad lahendusega

d-wave-1000q-close-lower-res-640x499.jpg

Krüptograafia on kogu meie moodsa interneti aluseks. Põhimõtteliselt võtavad krüptograafid appi matemaatika, et mingi sõnum või teade muuta võõrale loetamatuks, saata see avalikult läbi interneti õigesse sihtkohta ja alles adressaat saab sõnumi jälle loetavaks muuta. Krüptograafia teeb võimalikuks keerulisemad digitaalühiskonna nähtused nagu internetipanganduse või e-tervise, aga ka väga lihtsad võimalused: et ma saan internetis avada just soovitud veebilehe ning mitte küberkurjategija pahavara.

Krüptograafia tugineb sellele, et arvutitel pole jõudu loetamatuks muudetud sõnumeid “jooksult” lahti murda ja vaja läheb õiget võtit. Kui seda käepärast pole, peab arvuti “toore jõuga” proovima võtit ära arvata ja see on ülikeeruline. Ent kogu see alustugi lükatakse ümber, kui mängu tulevad kardinaalselt teistsugused masinad – kvantarvutid.

Kvantarvutid teevad ühel hetkel mitut asja

Kvantarvutite loomise kallal on töötatud terve selle sajandi erinevate edusammudega. Kuigi teadusmaailmas käib veel vaidlus, millisena ja kuidas kvantarvuti töötab – ja seetõttu ka vaieldakse, kas mõni firma on reaalse kvantarvuti valmis saanud – esitles näiteks NASA koos Google'iga mullu detsembris sellist masinat. Väidetavalt on 15 miljonit dollarit maksnud kvantarvuti maailma esimene omataoline ja selle valmistas üks valdkonna edukamaid, aga ka vastuolulisimaid ettevõtteid D-Wave Systems.

Foto: NASA

Kuidas kvantarvutid meie interneti krüptograafiasse puutuvad? Lihtsalt öeldes töötab tavapärane arvuti kahendsüsteemis: arvuti mälus on väiksem väärtusühik bitt, mis võib olla kas üks või null. Kvantarvutites on aga tegu kvantbittidega, mis võivad olla samal ajal nii üks kui null.

Mõnevõrra täpsemalt, aga ka keerulisemalt, sõnastavad kvantarvutite eripära Eesti krüptograafid Cyberneticast: "Kvantarvutid võimaldavad sooritada paralleelarvutusi, kasutades kvantmehaanikast tuntud ja mikromaailmas kehtivat superpositsiooni printsiipi, mille järgi mikromaailma protsessid arenevad paralleelselt kõikvõimalikke teid pidi kuni neid mõõdetakse ja alles siis selgub üks konkreetne tee.” 

See kõik võiks teha kvantarvutid ülivõimasteks. Kui tavaline arvuti peab krüptograafia murdmiseks ehk loetamatuks muudetud teksti avamiseks leidma võtme ja selleks läbi tegema näiteks miljard prooviarvutust, siis kvantarvuti saaks teha miljard tehet ühekorraga. Reaalsus see veel pole, sest kvantarvutites ei osata veel mõõta korraga kõigi arvutuste väljundit.

Foto: Steve Jürvetson (Flickr/CC)

Horisondi taga lõõmab probleem

Kuid horisondi taga lõõmab tohutu probleem. 1994. aastal leiutas USA telekomifirma AT&T teadlane Peter Shor viisi, millega saaks kvantarvuti olemasolul murda RSA algoritmiga krüptograafia.

RSA puhul on tegu ühe maailma kõige levinuma krüptograafilise algoritmiga. Vajate tõestust? RSA-ga on krüpteeritud võtmed näiteks Eesti ID-kaardil. Kui maailma sõidukid sõidavad erinevat tüüpi kütusega, siis RSA võib olla sama levinud nagu on mootorites bensiin või diisel.

Shori avastus oli teoreetiline, aga sellest ajast peale on teadlased püüdnudki ehitada praktilist kvantarvutit, mis tema valemit suudaks töös rakendada. Kui see õnnestuks ja RSA oleks hõlpsasti murtav, oleks tulekahju majas – korraga tuleks välja vahetada suur osa meie senise infoühiskonna vundamendist või pigem selle vundamendi üks ehitusmaterjal, millele järsku enam loota ei saa.

Just sealt ongi tulnud termin “post-kvantkrüptograafia” ehk selline krüptograafia, mis peaks vastu ka sellele, kui meil õnnestuks ehitada töötav kvantarvuti. "Alates aastast 2005 otsivad krüptoloogid aga teadlikult teistsuguseid algoritme, mis oleksid turvalised ka kvantarvutiga sooritatud rünnete vastu,” ütlevad Cybernetica teadlased.

Eesti teadlased pakuvad välja lahenduse

Siin tulevadki mängu Eesti teadlased, kes on välja töötanud ühe võimaliku lahenduse andmete krüpteerimiseks ka kvantajastul. BLT – mille nimi tuleb selle loonud teadlastelt Ahto Buldaselt, Risto Laanojalt ja Ahto Truult – võiks asendada seni meie arvutites ja süsteemides kasutatava RSA.

Foto: kaader videost

BLT töötab räsisignatuuridel ehk andmetest võetakse digitaalne jälg, mis tõestab matemaatiliselt: millal ning mis kujul andmed sellisena eksisteerisid. Ent erinevalt näiteks RSA-st tehakse signatuur koos serveriga, mis eeldab pidevat internetiühendust. Aga nii on alati üks väline osapool, ilma kelleta krüptograafiline kaitse ei toimiks. Mündi teine külg on see, et server – mille võiks üle võtta küberründaja või vaenulik valitsusasutus – ei saa omapäi teha signatuure ja need mõnele võtmeomanikule ehk inimesele või asutusele omistada. Kaitse toimib mõlemat pidi ja mis põhiline, peab vastu kvantarvutile.

Pole ikka veel selge, kas ja millal kvantajastu kätte jõuab. NASA ja Google väidavad, et nendele tarnitud kvantarvuti on suutnud lahendada matemaatilise probleemi sajandiksekundiga, mis traditsioonilistel arvutitel võtaks ligi sada päeva, kuigi täpsemaid rakendusi pole veel näha. Igatahes on selge, et Eesti teadlased töötavad juba selle ajastu probleemidega.

 

Avafoto: D-Wave