Size birkaç sayı söylesem bunlardan mana çıkarmaya çalışırsınız . On üç, elli üç ve Dört yüz otuz üç bizler için sadece sayılardan ibaret. Bu, kuantum bitleri veya kübitler açısından kuantum bilgisayarların boyutudur ve önemli kamu ve özel yatırımlar ve girişimler sayesinde son yıllarda önemli ölçüde büyüdü. Açıkçası, mesele sadece miktar değil: Bir kuantum bilgisayarın mevcut klasik bilgisayarlarımızdan daha iyi performans göstermesi için hazırlanan kübitlerin kalitesi, miktarları sözde “kuantum avantajı” elde etmek için önemli. Ancak böyle bir avantaj sunan kuantum hesaplama cihazlarının yakında piyasaya çıkması olası.
Kuantum bilgisayar günlük hayatımızı nasıl etkileyecek?
Bu konuda tahmin yürütmek asla kolay değil. İşin içerisine bir de yapay zeka girince içinden çıkılamaz bilgi ağlarıyla karşı karşıya kaldığımızı söyleyebilirim. Ancak herkes kriptografinin kuantum hesaplamanın ortaya çıkmasıyla değişeceği konusunda hemfikirdir. Bilgi toplumumuzda veri korumanın merkezi bir sorun olduğu gerçeği neredeyse önemsiz bir ifadedir. İnternet üzerinden her gün çok büyük miktarda hassas veri alışverişi yapılır. Bu işlemlerin güvenliği kritiktir ve çoğunlukla tek bir konsepte bağlıdır. Gizli bilgiler korunmalıdır, çünkü onu okumak isteyen herhangi bir bilgisayarın son derece karmaşık bir matematik problemini çözmesi gerekir.
Aslında, kriptografi için kullanılan problemler, mevcut algoritmalar ve bilgisayarlarda o kadar karmaşıktır ki, bilgi alışverişi tüm pratik amaçlar için güvenli kalır – problemi çözmek ve ardından protokolü bozmak bir yıl dahi sürebilir. Bu yaklaşımın en iyi örneği, bugün bilgi aktarımının güvenliğini sağlayan RSA (Ron Rivest, Adi Shamir ve Leonard Adleman) protokolüdür .
RSA protokolünün güvenliği, henüz büyük sayıları çarpanlarına ayırmak için etkili bir algoritmaya sahip olmadığımız gerçeğine dayanmaktadır. Büyük bir sayı, çarpımı orijinal sayıya eşit olan iki sayı bulma yöntemini kullanır. Örneğin, şifreleme kapasitesi 6 ise, 6=2×3 olduğundan çözüm 2 ve 3 olacaktır. Kriptografik protokoller, bir saldırganın bir mesajın şifresini çözmek için şu anda imkansız olan çok büyük bir sayıyı çarpması ve bu sayıyı anlık olarak bulması gerektiği şekilde tasarlanmıştır.
Mevcut şifreleme tekniklerini kırmayı kolaylaştıran bilgi işlem cihazları oluşturmak, mevcut gizlilik anlayışımızı yeniden düşünmemizi gerektirir. Kuantum bilgisayarlar için durum bu olacaktır: verimli çarpanlara ayırma için bir kuantum algoritması olduğundan, RSA’yı çözebilmelidir. Klasik bilgisayarlar böyle bir sorunu çözmek için yıllar gerektirebilirken, ideal kuantum bilgisayarların sorunu saatler, hatta dakikalar içinde çözebilmesi gerekir. Bu nedenle kriptografi, RSA’nın yerini alacak ve kuantum güvenliğine, yani kuantum bilgisayara erişimi olan bir düşmandan korunan kriptografik protokollere ulaşmak için çözümler geliştirilmeli. Buna iki ana yaklaşım örnek verilebilir: kuantum sonrası kriptografi ve kuantum benzersiz anahtar dağıtımı.
Kuantum Anahtar Şifreleme Yöntemi
Kuantum bilgisayarlarla donatılmış bir dünyada bilgiler nasıl şifrelenir?
Kuantum sonrası kriptografi, karmaşıklığa dayalı bir güvenlik anlayışını destekler. Kuantum bilgisayarlar için zor olan matematiksel problemler aranmalı ve bunları kriptografik protokoller oluşturmak için kullanılmalı, yine, saldırganın şifreleri ancak yıllar alacağı bir süre sonra kırabileceği fikri. Araştırmacılar, kuantum sonrası kriptografi için algoritmalar geliştirmek için sıkı çalışmaktadır. Hatta Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü (NIST) bu algoritmaları talep etme ve değerlendirme sürecini başlattı. Kuantum sonrası kriptografinin çok güçlü bir avantajı yazılıma dayalı olmasıdır. Bu nedenle, ucuzdur ve daha da önemlisi, mevcut altyapılara entegrasyonu kolaydır, çünkü gereken tek şey RSA gibi eski bir protokolü yenisiyle değiştirmektir.
Ancak post-kuantum kriptografi aynı zamanda açık risk taşımakta: Kuantum bilgisayarlara kıyasla seçilen algoritmaların “katılığına” olan güvenimiz sınırlıdır. Burada, tam anlamıyla, karmaşıklığa dayalı kriptografik protokollerin hiçbirinin güvenli olduğunun garantisi yoktur. Diğer bir deyişle, bunların klasik veya kuantum bir bilgisayarda verimli bir şekilde çözülemeyeceğine dair bir kanıt yoktur. Klasik bir bilgisayarın kuantum bilgisayara ihtiyaç duymadan RSA’yı ayrıştırmasına izin verecek verimli bir faktoring algoritmasının keşfedilmesi mümkündür. Düşük bir ihtimal olsa da, böyle bir ihtimal göz ardı edilemez. Yeni algoritmalara gelince, bırakın kuantum bilgisayarları, akıllı araştırmacılara karşı henüz kapsamlı bir şekilde test edilmediklerinden, karmaşıklıklarına dair çok daha az kanıt bulunmaktadır. Aslında, NIST girişimi tarafından önerilen kuantum güvenli algoritma daha sonra normal bir PC’de bir saat içinde kırıldığı görülmüştür.
İletişimi korumak için kuantum fizik yasalarını kullanın
Kuantum güvenliğine ikinci yaklaşım, kuantum anahtarı dağıtılmasıdır. Protokollerin güvenliği artık karmaşıklık hususlarına değil, kuantum fiziği yasalarına dayanmaktadır. Bu nedenle, kuantum fiziksel güvenliğinden bahsediyoruz. Ayrıntılara girmeden, gizli anahtar kübitler kullanılarak dağıtılır ve protokolün güvenliği Heisenberg belirsizlik ilkesinden kaynaklanır. Kuantum anahtar dağıtımının ana avantajı, birçok deneysel laboratuvarda doğrulanan kuantum fenomenine dayanmasıdır.
Uygulanması için temel sorun, yeni (kuantum) ekipmanlarını gerektirmesidir. Bu nedenle pahalıdır ve mevcut altyapılara entegrasyonu kolay değildir. Yine de, kuantum anahtar dağıtımının kullanımına yönelik önemli girişimler Avrupa düzeyinde gerçekleşmektedir.
Peki hangi yaklaşımı seçmeli? Bu soru genellikle “ya/ya da” sorusu olarak sorulur ve bu makalede de bu izlenime kapılmış olabilirsiniz. Ancak bizim vizyonumuz, doğru yolun post-kuantum ve kuantum anahtar dağıtımının bir kombinasyonunu aramak olduğu yönündedir. İkincisi, kuantum fiziğinin sırlarımızı gerçekten korumamız için bize yeni araçlar ve yöntemler sağladığını gösterdi. Her iki yaklaşımı birleştirirseniz, bilgisayar korsanları için bu çok daha zor olacaktır. Bu sayede korsanlar hem karmaşık hesaplama problemleriyle hem de kuantum fenomeniyle uğraşmak zorunda kalacaktır.