量子コンピュータ、暗号化戦争、プライバシーの終焉

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量子コンピュータとプライバシーの終焉

政府からビジネス、一般の個人まで、暗号化は重要です。それは私たちが私たちの生活の中である程度のプライバシーを維持する方法です。メールとクレジットカードを保護します。一部の人にとっては、それは生と死の問題になることができます。そしてそれは危険なビジネスです。私たちのパスワードが危険にさらされているかどうか、または私たちが使用しているシステムが他のユーザーが私たちをスパイできるようにする何らかのバックドアを提供しているかどうかは、決してわかりません。しかし、将来的には、さらに大きな問題に直面する可能性があります。量子コンピューター.

暗号化は、現代のコンピューターが解くのに非常に長い時間(宇宙の時代よりも長い)を要する数式を作成することに依存しています。しかし、量子コンピューターはすべてを変えることができる.

量子コンピュータはどれほど速いでしょうか?指数関数的に。 100ビットの暗号化の問題を解決するには、デジタルコンピュータで250の手順を実行します。それは:

1,000,000,000,000,000ステップ!

量子コンピューターは、同じ計算を行うのに50ステップしかかかりません.

それで、これらの素晴らしいデバイスは何ですか?それらは量子力学の力を利用するコンピュータです。デジタルコンピューターはデータをビット単位で格納します。それらは0または1です。量子コンピュータはキュービットに基づいています。これらは2状態の量子システムであり、事実上部分的に0と部分的に1です。これは量子重ね合わせと呼ばれます。考える:シュレーディンガーの猫.

これはあまり聞こえないかもしれませんが、計算システム全体が量子重ね合わせの上に構築されています。そして、その結果は想像を絶するほど高速なコンピュータです.

あるいは、誰かが万能量子コンピューターを構築できたなら、それは結果でしょう。キュービットの作成は非常に困難です。そしてそれらは不安定です。現在、それらはナノ秒のオーダーでのみ持続します。しかし、国家安全保障局やグーグルのような大きな機関がそれらに取り組んでいます。そして進歩がなされている.

それで私たちの秘密はすべてすぐに明らかになるでしょうか?量子コンピューターはオンラインプライバシーに終止符を打つでしょうか?

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量子コンピュータ、暗号化戦争、プライバシーの終焉

量子コンピュータ、暗号化戦争、プライバシーの終焉

法執行機関から犯罪者、政府から反政府勢力、そして活動家からFacebookの手品師まで、多くの人々が暗号化に依存してデジタル情報を保護し、通信を安全に保っています。しかし、現在の暗号化の形式は、量子コンピュータの構築に成功した瞬間には時代遅れになる可能性があります。何?!私たちを待っている勇敢な新しい世界について読んでください.

バイナリと量子

  • バイナリ
    • 典型的なコンピューターはバイナリーです-情報を一連の1または0としてエンコードします
      • これは、通常のコンピュータよりも数十万倍高速で動作するスーパーコンピュータにも当てはまります。
    • これらの1または0は「ビット」と呼ばれます
      • ビットには2つの状態があります。
        • オン/ 1
        • オフ/ 0
  • 量子
    • 量子ビットは「キビット」と呼ばれます
      • キュービットは1または0だけでなく、同時に両方とも使用できます
        • これは「重ね合わせ」と呼ばれます
        • 特定の分子、原子、および電子がキュービットとしてうまく使用されている
  • 量子コンピューターの価値
    • 1キュビット(またはビット)はそれ自体はあまり役に立ちませんが、コンピュータのキビットが多いほど、実行できる計算が複雑になります
    • 量子コンピューターが通常のコンピューターよりも優れていることの1つは、指数関数的に少ない操作数で最終目標に到達することです。
      • たとえば、多数の因数分解-多くの暗号化の基礎

多数の暗号化と因数分解

  • RSA、Diffie-Hellmanなどの一般的な暗号化形式の多くは、暗号化のセキュリティを確保するために大きな数を因数分解することの難しさに依存しています(ただし、ECやAESなどの他の形式はそうではありません)。
    • 素数は、1とそれ自体でのみ除算できる数です
      • 1、5、7など.
    • すべての数値に1つの素因数分解があります
      • これは、いくつかの素数を掛け合わせることにより、すべての数に到達できることを意味します
        • 68 = 2×2×17
        • 3,654 = 2×3×3×7×29
    • コンピューターの場合、大きな素数を見つけるのは比較的簡単です。
      • 大きな数を因数分解することは、それを行うのに非常に長い時間がかかるという点でかなり困難です
        • 通常のコンピューターは、正しいセットに達するまで素数の各セットを通過する必要があります
        • 並列に動作する多くのプロセッサを備えたスーパーコンピュータでさえ、十分に大きな素因数分解に問題があります
    • 100万分の1秒で長い除算を実行できるコンピュータがある場合、100桁の数値を計算するのに太陽の寿命よりも長くかかります。.
      • 私たちの太陽の寿命は150億年と予想されています.
    • 鍵を理解するのにかかる時間の長さは、素因数分解の使用が暗号化に非常に役立つ理由です.

量子コンピュータがコードを解読する方法

  • 素因数分解を使用しない形式の暗号化でも、ブルートフォース数の計算には非常に多くの手順が必要であり、実行することが不可能であるという事実に依存しています
    • たとえば、100ビットのキーを使用してEC暗号でパターンを見つけるには、
      • バイナリコンピューター:250(1兆以上)ステップ
      • 量子コンピューター:50ステップ
    • 通常のコンピュータは、一度に1つずつ計算を実行する必要があります
      • 量子コンピュータのキュービットにより、不要な計算を回避できます
        • その結果、はるかに少ない手順で、より速く答えを見つけることができます

自分の量子コンピュータはどこで入手できますか?

  • D-Wave Systems、Inc.は自社のD-Wave Twoを量子コンピューターとして販売していますが、他のコンピューターサイエンス専門家は、それが「適切な」量子コンピューターであることに同意していません。
    • 問題は、D-Waveのマシンがいくつかの量子力学を利用していることですが、それはユニバーサルな量子コンピューターではなく、あらゆる量子計算を行うことができます。
  • 明日の量子コンピューターと量子ビットを構築するために働いている人々の一部がここにいます:
    • グーグル
      • Googleは2009年からD-Wave Systemsと協力しています
      • 2014年4月、John MartinisとUC Santa Barbaraの物理学者のグループは、5つのキュービットを低エラー率で正常に操作しました。
      • グーグルは2014年9月に量子ハードウェアラボで働くためにマルティニスと彼のチームを雇いました
      • Googleが使用するD-Waveマシンには、量子アニーラーに配線された512キュービットのチップが含まれています
        • 量子アニーラーは最適化の問題を解決します。たとえば、「パッケージが街を横断するための最も効率的なルートは何ですか?」
      • 現在、GoogleのD-Waveマシンは、キュービットを数ナノ秒間だけ重ね合わせることができます
        • マルティニスによると、彼は30マイクロ秒(30,000ナノ秒)続くことができるキュービットを構築しました
    • 国家安全保障局(NSA)
      • エドワードスノーデンによって漏らされた文書によると:
        • NSAは暗号化を実行できる量子コンピューターを構築しています
        • これは、NSAの「ハードターゲットの貫通」と呼ばれる7970万ドルの研究プログラムの一部です。
    • オーストラリアのニューサウスウェールズ大学
      • 2014年10月、USWの2つの別々の研究チームが、99.99%を超える精度のキュービットを作成しました
      • 両方のチームは、完全に非磁性であるため、キュービットの作成に同位体であるシリコン28を使用しました。
        • あるチームがシリコンにリン原子を埋め込んだ
        • もう1つのチームは人工原子を作成して埋め込みました-本質的には1つの電子が内部に閉じ込められたトランジスタです
      • リン原子チームは、量子情報がデコヒーリングする前にシリコンシステムに保存できる時間の長さについて世界記録を樹立しました:35秒

量子暗号

  • 量子コンピューターは、ユーザーがすでにそこにある多くの形式の暗号化を解読することを可能にしますが、新しい形式の暗号化、特に超安全な鍵の作成を促進します
    • ID Quantique
      • ID Quantiqueについて
        • スイスのジュネーブを拠点としています
        • 設立:2001
        • 量子鍵配送(QKD)を消費者に提供します
          • 2004年から
      • QKDでは、暗号化キーの生成と送信を同時に行います
      • 光ファイバーケーブルを使用する
      • 情報の量子状態の測定はそれに影響を与えるので、これは伝送の「盗聴」を事実上不可能にします.
        • 誰かがラインを通過する光子を測定しようとすると、顧客はエラーメッセージを受け取り、キーは作成されません。
      • システムは範囲の点で制限されています
        • 最大62マイルの範囲のみを提供します
        • 同社は研究室で155マイルを達成しました
        • この方法の理論上の制限は248マイルです
      • 投光器と受光器のペアの価格は97,000ドル
    • 量子コンピューティング研究所(IQC)
      • IQCについて
        • カナダのオンタリオにあるウォータールー大学と提携
        • 設立:2002
        • 量子鍵ディストリビューター(QKD)を持つ世界でも数少ない場所の1つ
      • QKDについて
        • QKDの一部は「アリス」と「ボブ」と呼ばれます
          • アリスはICQ本社にあるマシンです
          • ボブは近くのペリメーター研究所にある機械です
      • IQ Quantiqueと同様に、IDCのQKDは絡み合った粒子の性質に依存し、暗号化キーの共有を誰も「傍受」できないようにします
      • まず、ウォータールー大学のレーザーがもつれた光子を作り出します
        • アリスはこれらの光子の半分を受け取ります
        • ボブは残りの半分を受け取ります
      • 光子は「偏光」と呼ばれる測定可能な品質を持っています
        • 任意の与えられた光子の偏光はランダムになります
      • デバイスの両方のセットが光子を測定する場合、それらは同じ偏光になります
      • 特定の極性に1または0を割り当てることにより、ボブとアリスは、ランダムに生成されたキーが暗号化に十分な長さになるまで続行できます。
      • 次の理由により、この方法は非常に安全です。
        • 信号を「聞く」という試みは、それ自体を知らせます
        • 光子が事前にどのような偏光になるかを知る方法はありません
          • したがって、「逆戻り」してキーを理解する方法はありません。

量子コンピューターで生きるか、量子コンピューターで死ぬか?最終的には、量子コンピュータは従来のバイナリ暗号化を時代遅れにするように見えます。しかし、これは、量子コンピュータがまったく新しいレベルのデータセキュリティを作成すると同時に発生します。そして暗号化の競争は続く.

出典: arstechnica.com、cacr.uwaterloo.ca、computer.howstuffworks.com、computerworld.com、dwavesys.com、idquantique.com、learncryptography.com、mathworld.wolfram.com、motherboard.vice.com、nature.com、ニュース。 ucsb.edu、pumpkinprogrammer.com、quora.com、sciencealert.com、scienceblogs.com、searchsecurity.com、technologyreview.com、tested.com、universetoday.com、uwaterloo.ca、washingtonpost.com、web.stanford.com、 webopedia.com、whatis.techtarget.com、wired.com、youtube.com.

出典

  • 量子コンピュータを使用するハッカーに対して、暗号化は役に立たないでしょう
  • スーパーコンピューターの用途?
  • スーパーコンピュータを作るもの?
  • 量子コンピューティング
  • キュービット
  • 量子コンピューターのしくみ
  • ビットとバイト
  • 2進数の紹介
  • 量子コンピューターの仕組み?
  • リン原子量子計算機
  • 量子コンピューティング101
  • 素因数分解
  • RSAアルゴリズム
  • Diffie-Hellmanプロトコル
  • 公開鍵暗号
  • なぜ素数に素数を因数分解するのが難しい問題なのか
  • 太陽のライフサイクルとは
  • NSAは、ほとんどの種類の暗号化を解読できる量子コンピューターを構築しようとしています
  • 時計が暗号化に向かっている
  • NSAの量子コンピューティングプロジェクトについて混乱していますか?このMITコンピュータ科学者は説明できます
  • D-Wave
  • 量子コンピュータを使用するハッカーに対して、暗号化は役に立たないでしょう
  • 超伝導量子ビット配列は量子コンピューターを指す
  • Googleのとらえどころのない量子コンピューターを構築する人
  • 100量子ビットを超える量子アニーリングの証拠
  • Googleが独自の量子コンピューターを構築する取り組みを開始
  • オーストラリアの研究者たちは、最も正確な量子コンピューティング技術を生み出しました
  • ID Quantique
  • 量子鍵配送の事例(PDF)
Jeffrey Wilson Administrator
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