การเข้ารหัสหลังควอนตัมคืออะไร?

ดังนั้น ในแง่ง่ายๆ แล้ว การเข้ารหัสลับหลังควอนตัมคืออะไร? การเข้ารหัสลับหลังควอนตัม (PQC) คือชุดของอัลกอริธึมการเข้ารหัสลับที่ออกแบบมาเพื่อให้มีความปลอดภัยแม้กระทั่งต่อผู้โจมตีที่มีคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีประสิทธิภาพสูง ความหมายเบื้องหลังชื่อนี้ในบริบทของการเข้ารหัสลับควอนตัมยุคหลังคือ ก่อนcise: ไม่ใช่การเข้ารหัสที่ใช้กลศาสตร์ควอนตัม แต่เป็นการเข้ารหัสที่สร้างขึ้นเพื่อให้สามารถใช้งานได้ในยุคหลังคอมพิวเตอร์ควอนตัมมีประสิทธิภาพมากพอที่จะถอดรหัสที่เราใช้ในปัจจุบันได้

ความแตกต่างนี้มีความสำคัญเพราะทั้งสองอย่างมักถูกเข้าใจผิด การกระจายกุญแจควอนตัมใช้ฟิสิกส์ควอนตัมเพื่อรักษาความปลอดภัยของการสื่อสาร การเข้ารหัสลับหลังควอนตัม เป็นวิธีแก้ปัญหาในทางตรงกันข้าม: คณิตศาสตร์พื้นฐานที่ทำงานบนคอมพิวเตอร์ทั่วไป ซึ่งถูกเลือกใช้โดยเฉพาะเพราะคอมพิวเตอร์ควอนตัมไม่สามารถลัดขั้นตอนได้เหมือนกับที่ลัดขั้นตอนการเข้ารหัส RSA หรือการเข้ารหัสแบบวงรี

เหตุใดคอมพิวเตอร์ควอนตัมจึงสามารถถอดรหัสการเข้ารหัสในปัจจุบันได้ #

ระบบการเข้ารหัสส่วนใหญ่ที่ปกป้องอินเทอร์เน็ตในปัจจุบันการเข้ารหัสแบบ RSA, Diffie-Hellman และการเข้ารหัสแบบวงรี (ECC) อาศัยปัญหาทางคณิตศาสตร์ที่คอมพิวเตอร์แบบคลาสสิกไม่สามารถแก้ไขได้ในเวลาที่เหมาะสม เช่น การแยกตัวประกอบจำนวนมหาศาล หรือการแก้ปัญหาลอการิทึมแบบไม่ต่อเนื่อง คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีประสิทธิภาพเพียงพอซึ่งใช้อัลกอริธึมของ Shor สามารถแก้ปัญหาเหล่านั้นได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งจะไขปริศนาการเข้ารหัสแบบกุญแจสาธารณะที่เป็นพื้นฐานของการท่องเว็บอย่างปลอดภัย การตรวจสอบสิทธิ์ และการแลกเปลี่ยนกุญแจ

นี่ไม่ใช่ความกังวลในเชิงทฤษฎีที่ห่างไกลและถูกมองว่าเป็นนิยายวิทยาศาสตร์ที่จบไปแล้ว ผู้เชี่ยวชาญคาดการณ์ว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีความเกี่ยวข้องกับการเข้ารหัส (CRQC) ซึ่งสามารถถอดรหัสการเข้ารหัสในปัจจุบันได้จริง อาจเกิดขึ้นภายใน 5 ถึง 15 ปีข้างหน้า ความไม่แน่นอนในการคาดการณ์นี้เองที่เป็นเหตุผลว่าทำไมองค์กรต่างๆ จึงถูกบอกให้ลงมือทำในตอนนี้แทนที่จะรอวันที่แน่นอน

ภัยคุกคามที่ทำให้เรื่องนี้เร่งด่วนในปัจจุบัน: เก็บเกี่ยวข้อมูลตอนนี้ ถอดรหัสในภายหลัง #

ความเสี่ยงที่ร้ายแรงที่สุดในทันทีไม่ใช่การโจมตีในอนาคต แต่เป็นการโจมตีที่กำลังเกิดขึ้นแล้ว ในการโจมตีแบบ “เก็บเกี่ยวข้อมูลตอนนี้ ถอดรหัสในภายหลัง” (HNDL) ผู้โจมตีจะดักจับและจัดเก็บข้อมูลที่เข้ารหัสไว้ในปัจจุบัน โดยที่ยังไม่สามารถอ่านได้ และเพียงแค่รอ เมื่อมีคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่เกี่ยวข้องกับการเข้ารหัสแล้ว ข้อมูลที่จัดเก็บไว้เหล่านั้นก็จะถูกถอดรหัสในภายหลัง

HNDL ทำให้ระยะเวลาการย้ายข้อมูลสั้นกว่าที่เห็น หากข้อมูลของคุณจำเป็นต้องเป็นความลับเป็นเวลา 10 ปี และคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่สามารถถอดรหัสการเข้ารหัสในปัจจุบันได้อาจเกิดขึ้นภายในช่วงเวลานั้น ข้อมูลนั้นก็ตกอยู่ในความเสี่ยงแล้ว แม้ว่าคอมพิวเตอร์ที่จะถอดรหัสได้ในที่สุดจะยังไม่มีอยู่ก็ตาม ความลับของรัฐบาล บันทึกสุขภาพ ทรัพย์สินทางปัญญา และข้อมูลใดๆ ที่มีอายุการใช้งานยาวนาน ถือเป็นเป้าหมายที่มีความสำคัญสูงสุดสำหรับกลยุทธ์นี้

อะไรทำให้อัลกอริทึมเป็น “อัลกอริทึมหลังควอนตัม” #

การตอบคำถามว่าการเข้ารหัสลับหลังควอนตัมคืออะไรในระดับอัลกอริทึมนั้น หมายถึงการพิจารณาคณิตศาสตร์ที่แต่ละวิธีการอาศัย อัลกอริทึมหลังควอนตัมสร้างขึ้นบนพื้นฐานทางคณิตศาสตร์ที่แตกต่างจาก RSA และ ECC ซึ่งสามารถต้านทานการโจมตีทั้งแบบคลาสสิกและแบบควอนตัมได้ วิธีการที่พบได้บ่อยที่สุด ได้แก่:

การเข้ารหัสตามรหัส: ระบบรักษาความปลอดภัยที่อาศัยความยากในการถอดรหัสรหัสแก้ไขข้อผิดพลาดเชิงเส้นทั่วไป

การเข้ารหัสแบบ Lattice: ระบบรักษาความปลอดภัยที่อิงตามความยากของปัญหาบางอย่างในโครงข่ายมิติสูง นี่คือพื้นฐานของ ML-KEM ซึ่งเป็นอัลกอริธึม NIST ได้รับการคัดเลือกสำหรับการแลกเปลี่ยนคีย์

การเข้ารหัสตามแฮช: ความปลอดภัยที่ได้มาจากคุณสมบัติของฟังก์ชันแฮชเข้ารหัสลับ ซึ่งใช้ในระบบลายเซ็นดิจิทัล เช่น SLH-DSA

การเข้ารหัสลับหลังควอนตัมของ NIST standards #

ในปี 2024 สถาบันแห่งชาติ Standardศูนย์วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (NIST) ได้สรุปการเข้ารหัสลับหลังควอนตัมสามประการแรก standardหลังจากกระบวนการประเมินผลสาธารณะที่กินเวลานานหลายปี เหล่านี้ standards ยึดโยงความหมายของการเข้ารหัสลับหลังควอนตัมไว้กับสิ่งที่เป็นรูปธรรม: อัลกอริทึมสามตัวที่มีชื่อเรียก enterpriseสิ่งที่สามารถนำไปปฏิบัติได้จริง ไม่ใช่เพียงเป้าหมายการวิจัยเชิงนามธรรม

1. FIPS 203, ML-KEM (กลไกการห่อหุ้มกุญแจแบบโมดูลแลตติซ): ใช้แทนอัลกอริธึมต่างๆ เช่น ECDH ในการสร้างรหัสลับร่วมกันเมื่อเริ่มต้นเซสชันการเข้ารหัส
2. FIPS 204, ML-DSA (อัลกอริทึมลายเซ็นดิจิทัลแบบโมดูลแลตติซ): ทางเลือกที่ทนทานต่อควอนตัมสำหรับระบบลายเซ็นดิจิทัล เช่น RSA และ ECDSA
3. FIPS 205, SLH-DSA (อัลกอริทึมลายเซ็นดิจิทัลแบบแฮชไร้สถานะ): รูปแบบลายเซ็นแบบแฮชที่นำเสนอพื้นฐานความปลอดภัยทางเลือกแทน ML-DSA

ล้อยางขัดเหล่านี้ติดตั้งบนแกน XNUMX (มม.) ผลิตภัณฑ์นี้ถูกผลิตในหลายรูปทรง และหลากหลายเบอร์ความแน่นหนาของปริมาณอนุภาคขัดของมัน จะทำให้ท่านได้รับประสิทธิภาพสูงในการขัดและการใช้งานที่ยาวนาน standards มอบให้แก่ผู้ขาย รัฐบาล และ enterpriseเป้าหมายที่มั่นคงที่จะใช้เป็นแนวทางในการสร้าง ซึ่งเป็นสิ่งที่เปลี่ยนการเข้ารหัสลับหลังควอนตัมจากหัวข้อวิจัยไปสู่สิ่งที่มีกำหนดเวลาในการเปลี่ยนผ่านอย่างแท้จริง

การเปลี่ยนผ่านสู่ระบบการเข้ารหัสลับยุคหลังควอนตัมคืออะไร? เส้นทางปฏิบัติที่เป็นรูปธรรม #

แม้ว่ากำหนดเวลาการย้ายระบบจะไม่ตรงกันทั้งหมด แต่ก็ยังคงมีความใกล้เคียงกันมากขึ้น หน่วยงานความมั่นคงแห่งชาติ (NSA) กำหนดให้การจัดซื้อระบบความมั่นคงแห่งชาติ (NSS) หลังเดือนมกราคม 2027 ต้องรองรับเทคโนโลยีที่ปลอดภัยจากควอนตัมในอนาคต standardหน่วยงาน NCSC ของสหราชอาณาจักรได้เผยแพร่เป้าหมายการย้ายระบบสำหรับปี 2028, 2031 และ 2035 ขณะที่สหภาพยุโรปได้เผยแพร่แผนงานแบบเป็นขั้นตอนของตนเองจนถึงปี 2035 ในอดีต การแทนที่การเข้ารหัสลับ standard การเปลี่ยนแปลงในอุตสาหกรรม (จาก 3DES เป็น AES, จาก SHA-1 เป็น SHA-2) ใช้เวลา 5 ถึง 20 ปี ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งที่ทำให้คำแนะนำคือให้เริ่มต้นตั้งแต่เนิ่นๆ แทนที่จะรอให้มีข้อบังคับ

ขั้นตอนการย้ายระบบในทางปฏิบัติโดยคร่าวๆ จะมีลักษณะดังนี้:

ติดต่อประสานงานกับผู้ขายและฝ่ายจัดซื้อ ความพร้อมหลังยุคควอนตัมกำลังกลายเป็นคำถาม enterpriseพวกเขาสอบถามซัพพลายเออร์ ไม่ใช่แค่โครงการภายในองค์กร

การค้นพบทางด้านการเข้ารหัสลับ ระบุว่า RSA, ECC, Diffie-Hellman, ใบรับรอง, กุญแจ และไลบรารีการเข้ารหัสถูกนำไปใช้จริงที่ใดบ้างในแอปพลิเคชัน โครงสร้างพื้นฐาน และส่วนประกอบของบุคคลที่สาม ขั้นตอนนี้ได้รับการกล่าวขานอย่างสม่ำเสมอว่าเป็นส่วนที่ช้าที่สุดและถูกประเมินค่าต่ำที่สุดในกระบวนการทั้งหมด

จัดลำดับความสำคัญตามความละเอียดอ่อนและอายุการใช้งาน ข้อมูลที่มีอายุการใช้งานยาวนานและมีมูลค่าสูง (เช่น ทรัพย์สินทางปัญญา บันทึกของรัฐบาล หรือบันทึกทางการแพทย์) เป็นเป้าหมายแรกของการโจมตีแบบ "เก็บเกี่ยวในตอนนี้แล้วถอดรหัสในภายหลัง" ดังนั้นจึงต้องย้ายข้อมูลเหล่านี้ก่อนเป็นอันดับแรก

ปรับใช้ความคล่องตัวด้านคริปโตเคอร์เรนซี สร้างระบบที่สามารถสลับอัลกอริธึมการเข้ารหัสได้โดยไม่ต้องทำการออกแบบใหม่ทั้งหมด เนื่องจากยังคงคาดหวังแนวทางและการปรับปรุงใหม่ๆ หลังยุคควอนตัมเมื่อการใช้งานเติบโตขึ้น

ทดสอบวิธีการแบบผสมผสาน การใช้งานในยุคแรกๆ จำนวนมากจะจับคู่อัลกอริธึมแบบคลาสสิกกับอัลกอริธึมหลังควอนตัมในการเชื่อมต่อเดียวกัน (ตัวอย่างเช่น X25519 รวมกับ ML-KEM) เพื่อให้การเชื่อมต่อยังคงปลอดภัยตราบใดที่อย่างน้อยหนึ่งในสองอัลกอริธึมยังคงทำงานได้

เหตุใดการค้นหาข้อมูลทางด้านการเข้ารหัสจึงเป็นเรื่องยาก #

แหล่งข้อมูลเกือบทุกแหล่งเกี่ยวกับการย้ายระบบ PQC ต่างเห็นพ้องต้องกันที่จุดเริ่มต้นเดียวกัน นั่นคือ คุณไม่สามารถย้ายระบบเข้ารหัสลับที่คุณไม่รู้ว่ามีอยู่ได้ ระบบเข้ารหัสลับนั้นฝังลึกอยู่ภายในแอปพลิเคชัน บริการคลาวด์ โครงสร้างพื้นฐานเครือข่าย ระบบระบุตัวตน และไลบรารีของบุคคลที่สาม ซึ่งมักจะมองไม่เห็นสำหรับทีมที่รับผิดชอบ ก่อนที่จะมีการเปลี่ยนอัลกอริธึมใดๆ องค์กรจำเป็นต้องมีรายการที่ถูกต้องและมีโครงสร้างว่าระบบเข้ารหัสลับแบบดั้งเดิมอยู่ที่ใดในปัจจุบัน รายการนั้นคือสิ่งที่... รายการวัสดุสำหรับการเข้ารหัส (CBOM) ถูกสร้างขึ้นเพื่อรองรับการใช้งาน และเป็นขั้นตอนแรกที่สำคัญในทางปฏิบัติสำหรับแผนการย้ายระบบ PQC เกือบทุกแผน

คำถามที่พบบ่อย #