ข้ามไปยังเนื้อหา
PQC Portal

ขั้นที่ 2 จาก 4

ภัยคุกคาม

คอมพิวเตอร์ควอนตัมทำลายการเข้ารหัสแบบไหน ต้องใช้เครื่องใหญ่แค่ไหน และทำไมข้อมูลที่ถูกบันทึกไว้จึงเสี่ยงอยู่แล้ว

เขียนโดย

  1. ขั้นที่ 1: พื้นฐานควอนตัม
  2. ขั้นที่ 2: ภัยคุกคาม
  3. ขั้นที่ 3: ทางแก้
  4. ขั้นที่ 4: ต้นทุน และจะเริ่มอย่างไร

สองอัลกอริทึม ผลกระทบต่างกันมาก

การเข้ารหัสแบบกุญแจสาธารณะอาศัยปัญหาอย่างการแยกตัวประกอบและลอการิทึมไม่ต่อเนื่อง อัลกอริทึมควอนตัมจากปี 1994 แก้ได้ทั้งคู่อย่างมีประสิทธิภาพ

Shor

อัลกอริทึมของ Shor (1994)

แยกตัวประกอบและหาลอการิทึมไม่ต่อเนื่องได้ในเวลาพหุนาม จึงทำลาย RSA, Diffie-Hellman และการเข้ารหัสแบบเส้นโค้งวงรีได้โดยตรง การเพิ่มขนาดกุญแจไม่ช่วย

Grover

อัลกอริทึมของ Grover (1996)

ค้นหาในข้อมูลที่ไม่มีโครงสร้างได้เร็วขึ้นแบบกำลังสอง ในทางทฤษฎีลดระดับความปลอดภัยของกุญแจแบบสมมาตรลงครึ่งหนึ่ง แต่ในทางปฏิบัติแบ่งงานขนานได้ไม่ดี การใช้กุญแจ 256 บิตคือคำตอบมาตรฐาน

ถูก Shor ทำลาย
  • RSA
  • Diffie-Hellman
  • ECDH / X25519
  • ECDSA
  • EdDSA
ความปลอดภัยลดลง
  • AES-128
ถือว่าทนต่อควอนตัม
  • AES-256
  • SHA-2 / SHA-3
  • ML-KEM
  • ML-DSA
  • SLH-DSA

เก็บไว้ก่อน ถอดรหัสทีหลัง

ผู้โจมตีไม่จำเป็นต้องมีคอมพิวเตอร์ควอนตัมวันนี้ การบันทึกข้อมูลที่เข้ารหัสนั้นถูก และเก็บได้นาน ข้อมูลที่ต้องเป็นความลับหลายปีจึงเสี่ยงอยู่แล้วตั้งแต่ตอนนี้

ผู้ส่งผู้รับที่เก็บของผู้โจมตีหลายปีต่อมาคอมพิวเตอร์ควอนตัมอ่านได้
  1. 1วันนี้ข้อมูลถูกบันทึกผู้โจมตีคัดลอกข้อมูลที่เข้ารหัสระหว่างสองฝั่ง ตอนนี้ยังอ่านไม่ได้ แต่การเก็บไว้มีต้นทุนต่ำ
  2. 2ข้อมูลรออยู่ข้อมูลที่บันทึกไว้อยู่ในที่เก็บได้หลายปี อะไรที่ต้องเป็นความลับนานขนาดนั้นจึงเสี่ยงอยู่แล้ว
  3. 3Q-Dayผู้โจมตีมีคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ทำลายการเข้ารหัสแบบกุญแจสาธารณะในปัจจุบันได้
  4. 4ความลับเก่าถูกเปิดอัลกอริทึมของ Shor ทำลายการแลกเปลี่ยนกุญแจแบบดั้งเดิมที่บันทึกไว้ ข้อมูลที่เก็บไว้จึงถูกถอดรหัสได้ การใช้การแลกเปลี่ยนกุญแจแบบหลังยุคควอนตัมตั้งแต่วันนี้ป้องกันเรื่องนี้ได้

อสมการของ Mosca

X + Y > Z ?

ถ้า X + Y > Z ข้อมูลที่คุณส่งวันนี้จะยังสำคัญอยู่ในวันที่มันถูกถอดรหัสได้

ไม่มีเวลาเผื่อ: ย้ายเสร็จพอดีกับวันที่ต้องใช้การป้องกัน

ไม่มีใครรู้ค่า Z ตัวเลขประเมินที่เผยแพร่แตกต่างกันมาก เลือกตามที่คุณประเมินเอง

การแลกเปลี่ยนกุญแจเร่งด่วนเพราะการโจมตีแบบเก็บไว้ก่อนถอดรหัสทีหลัง ลายเซ็นถูกเก็บไว้แบบเดียวกันไม่ได้ แต่ root of trust อายุยาวและกุญแจลงนามเฟิร์มแวร์ต้องเตรียมการล่วงหน้าหลายปี

เจาะลึกเชิงเทคนิค

อัลกอริทึมของ Shor แปลงปัญหาแยกตัวประกอบ N ให้เป็นการหาคาบ r ของ f(x) = aˣ mod N ซึ่ง quantum Fourier transform หาได้อย่างมีประสิทธิภาพ จากนั้น gcd(a^(r/2) ± 1, N) มักให้ตัวประกอบ อีกรูปแบบหนึ่งแก้ลอการิทึมไม่ต่อเนื่อง รวมถึงบนเส้นโค้งวงรี

ตัวเลขประเมินที่เผยแพร่ใช้คิวบิตตรรกะน้อยกว่าในการทำลายเส้นโค้งวงรี 256 บิต เมื่อเทียบกับ RSA-2048 เพราะกุญแจ ECC เล็กกว่ามาก

Grover หาสิ่งที่ต้องการจาก N รายการได้ในราว √N ขั้น และขั้นตอนต้องทำต่อเนื่องกัน หมวดความปลอดภัยหลังยุคควอนตัมของ NIST ใช้การค้นหากุญแจ AES-128 เป็นเกณฑ์ของหมวดต่ำสุด

อสมการของ Michele Mosca: x = ข้อมูลต้องเป็นความลับนานแค่ไหน, y = การย้ายระบบใช้เวลาเท่าไร, z = เวลาจนกว่าจะมีคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ทำลายการเข้ารหัสได้ ถ้า x + y > z ต้องเริ่มทำตั้งแต่ตอนนี้