– Konsekvensene vil kunne bli alvorlige
– Å vente til trusselen er her, vil være for sent, sier Elisabet Haugsbø, Teknas president.
KRAFTIGE MASKINER: Kvantedatamaskiner er mye sterkere enn vanlige datamaskiner. Men hvordan vil de bli brukt?
– Noen mener det allerede er for sent
Kvantedatamaskiner kan være løsningen på mye, men de kan også bli en gigantisk sikkerhetstrussel.
De kan være løsningen på mange av våre store verdensproblemer, men de kan også skape store sikkerhetsproblemer for nordmenn.
– Det kan være grunn til å være urolig her.
Krypteringene som føles så trygge i dag, kan bli tynne som pappvegger om noen år.
Noe som ville tatt måneder med en vanlig datamaskin kan bli løst på sekunder med en kvantedatamaskin.
Datamaskiner jobber med bits, mens kvantedatamaskiner jobber med kvantebits. Mens en vanlig datamaskin snakker med 0 eller 1, snakker en kvantadatamaskin med 0 og 1 samtidig, også kalt superposisjon.
Dette gjør at de kan bearbeide gigantiske verdier av data. Noe som gjør dem veldig interessante for forskere, men også for folk med farlige intensjoner.
– Noen mener det allerede er for sent å implementere nye måter å kryptere på. Hvis man har kryptert informasjon om forsvarsplaner som er ment å være hemmelige de neste 20 årene, så kan de være avslørt innen tiåret er omme, hvis det skjer en utvikling til da.
Det forteller Sølve Selstø, som har bakgrunn innen teoretisk atomfysikk, og er professor ved OsloMet.
– Det er en virkelighet som vi må forholde oss til. Og hvis det først skjer så vil vi ikke vite om det før etter en god stund, de vil da hente ut så mye informasjon som mulig uten at det blir oppdaget, så det kan være grunn til å være urolig her, sier Selstø.
2030 kan være året
Andreas Skjøld-Lorange, som er fagdirektør i Nasjonal Sikkerhetsmyndighet (NSM) forteller at de anbefaler enkelte virksomheter å starte prosessen med å bytte krypteringer.
– Flere land jobber ut fra en hypotese om at kryptoanalytisk relevante kvantedatamaskiner kan bli tilgjengelige rundt år 2030. En slik maskin vil kunne knekke mange av dagens kryptoalgoritmer, blant annet RSA-algoritmen, og gjøre en betydelig andel av dagens IT-systemer direkte sårbare mot angrep og avlytting. Allierte land som USA har igangsatt migrasjonen til kvantesikre kryptoalgoritmer og systemer for å forhindre det.
– NSM anbefaler alle virksomheter som har særlige skjermings- og sikkerhetsbehov å starte prosessen med overgang til kvantesikre kryptografiske standarder. NSMs senter for anvendt kryptologi har publisert en veileder i kvantemigrasjon for å hjelpe virksomheter på veien. Veilederen kan finnes på våre nettsider.
Selstø forklarer at den største utfordringen med datasikkerheten er primtallsfaktorisering.
- Veldig mye av den krypteringen som foregår nå baserer seg på at når du ganger sammen to tall og får et produkt, så er det veldig lett for en datamaskin.
- Men hvis du gir produktet til en datamaskin, og spør hvilke tall vi har ganget sammen for å få dette produktet så er det forbausende vanskelig.
- Hvis tallet er stort nok, og faktorene som du ganger sammen for å få dette tallet også er store, så er det ganske krevende, så krevende at vi kan bruke det til kryptografi.
– På en kvantedatamaskin med mange nok kvantebits kan man implementere en algoritme som lett kan knekke denne typen krypering, sier Selstø.
Fakta om kvantedatamaskiner
- En kvantedatamaskin utnytter kvantefysiske effekter til å håndtere komplekse problemer på en mer effektiv måte.
- I stedet for å bruke «klassiske» bits, 0 eller 1, er informasjonshåndteringen basert på såkalte kvantebits. En kvantebit kan være en blanding av 0 og 1 – ikke nødvendigvis bare en av delene.
- Når du setter flere kvantebits sammen, kan disse vikles inn i hverandre på en slik måte at de representerer mye mer informasjon enn tilsvarende antall «klassiske» bits.
- Disse egenskapene, i kombinasjon med teknikker og algoritmer som for eksempel amplitudeforsterkning, gir kvantedatamaskiner sine unike beregningskrefter.
På OsloMet jobber Selstø med Norges to eneste kvantedatamaskiner, som her blir brukt som en del av undervisningen.
– Vi bruker kvantedatamaskinene noe, men jeg skulle gjerne sett at vi brukte dem enda mer. De vi har er ikke spesielt sterke maskiner, men studentene får likevel god kjennskap til hvordan de brukes, og potensiale som ligger i dem.
Disse maskinene har ikke nok kvantebits til å bryte dagens mest brukte kryptering, som kalles RSA. Men, det er heller ikke verdens sterkeste kvantedatamaskin.
Man vil ikke se OsloMet sine maskiner løse verdensproblemer, men de er gode til sitt formål, som er å inspirere studenter til å bli eksperter på kvantedatamaskiner de neste årene. Deres maskin kan prosessere to-tre kvantebites, mot maskinen Condor sine 1121.
Condor er selskapet IBM sin maskin, og kan altså prosessere 1121 kvantebites. For å sette det i perspektiv trenger du kanskje å prosessere flere millioner kvantebites for å bryte dagens krypteringer.
Og det er bare étt av problemene hakcerne vil ha for å kunne få tak i stats- og bedriftshemmeligheter fra oss.
– Kvantedatamaskiner er ustabile
Med en datamaskin vil informasjonen være en remse som kan se slik ut: 00110101001, mens på en kvantedatamaskin vil du kunne ha veldig mange av sånne remser i minne samtidig.
– En av de største utfordringene er å få en kvantedatamaskin til å bli værende "kvantete".
– Den første utfordringen er at selv om du kan prosessere store mengder data i samme beregning, så kan du bare lese ut ett og ett svar fra beregningen. Det er det vi kaller kollaps av bølgefunksjon i kvantefysikken, sier Selstø.
Det betyr at maskinen har alle svarene prosessert, også kanskje det ene riktige svaret du er ute etter, men det er ikke sikkert at det er det svaret du får tilgang til.
– For å utnytte potensialet som ligger i en kvante-tilnærming til informasjonsbehandling, trenger du gode algoritmer som kan gi det svaret du er ute etter, eller grunnlag for å kunne lage statistikk ut fra dataene som til slutt gir deg det du trenger.
Maskinen må isoleres fullstendig fra omverden
Her kommer Shor’s algoritme inn, som er en kvantealgoritme utviklet i 1994 av amerikanske Peter Shor. Den kan faktorisere store tall eksponentielt raskere enn klassiske algoritmer.
Så selv om det kanskje er litt tungvint, så kan dette problemet løses. Men å få maskinene til å kunne bruke flere millioner kvantebites blir den største utfordringen. Skal man få til det, må maskinen i første omgang isoleres fra omverden.
– En av de største utfordringene er å få en kvantedatamaskin til å bli værende "kvantete". Kvantesystemet oppfører seg som bølger i den forstand at til forskjell fra ting, kan bølger være på samme plass til samme tid. De kan møtes slik at de forsterker hverandre, eller nuller hverandre ut. Dette blir utnyttet i en kvantedatamaskin.
– Men i et kvantesystem som ikke er isolert fra verden omkring så mister det den egenskapen, forteller han.
Det kan for eksempel være for høye temperaturer eller noe som skaper vibrasjoner.
– Jeg tror det er viktig at vi får mest mulig tilgang på denne teknologien.
– Maskiner som lages nå blir derfor kjølet ned mot absolutt nullpunkt, og er omringet av en stålkonstruksjon med fjæring under. Bittesmå vibrasjoner kan ødelegge alt, så de må være ekstremt nøye.
– Hvilke land ligger fremst i løypen nå?
– Usa, Kina og Canada ligger litt foran resten slik det ser ut akkurat nå. Det er viktig at vi får mye mer kunnskap om dette feltet i Norge fremover, vi ligger også bak de nordiske landene.
– Hva med Russland?
– Såvidt jeg vet ligger ikke de så langt fremme som Kina for eksempel. Men mye er drevet av private selskaper, noe som gjør det vanskelig å vite eksakt hvor alle ligger i løypen.
– Jeg tror det er viktig at vi får mest mulig tilgang på denne teknologien, så vi kan utvikle den på våre premisser til felleskapets beste.
Sånn sett har Regjeringen nå bevilget 70 millioner til kvanteteknologi i årets statsbudsjett, men er dette nok?
På spørsmål fra Tekna magasinet forteller Kunnskapsdepartementet om hvordan de har tenkt å bruke pengene:
– Kvanteteknologi fører til enorm økning på farten og kapasiteten i informasjonshåndtering. Regjeringen vil nå styrke forskningen vår på feltet. Dette er en nødvendig satsing på kunnskapsberedskap, der vi sikrer at Norge har infrastrukturen vi trenger for å henge med i den teknologiske utviklingen. Det er blant annet viktig å sikre at norsk kryptokompetanse kan opprettholdes i møte med trusselen som kvanteteknologien representerer.
– I neste års statsbudsjett foreslår regjeringen å styrke forskningen på kvanteteknologi gjennom Forskningsrådet, slik at den årlige bevilgningen blir 70 millioner kroner høyere enn dagens innsats. Av dette skal 30 millioner kroner komme over Kunnskapsdepartementets budsjett og 40 millioner kroner over Forsvarsdepartementets budsjett. Forskningsrådet skal innrette satsingen slik at den bygges opp av solide nasjonale miljøer av høy internasjonal kvalitet. Departementene vil be Forskningsrådet om å komme med forslag til hvordan midlene kan innrettes på best mulig måte, og midlene vil lyses ut via Forskningsrådet neste år.
Men kan vi lage et forsvar?
For å være på den sikre siden er det kanskje lurt å være føre var? Bytte ut dagens sikkerhetssystem?
– Det vil koste tid og penger å få inn et nytt system, og det blir jobbet med, ikke minst i Norge. UiB og Simula har et prosjekt hvor de jobber med kryperingssikkerhet blant annet, sier Selstø. Det kan du lese mer om her.
– Det vil koste tid og penger å få inn et nytt system.
Det finnes også en kryptering rettet direkte mot kvantedatamaskiner. Dette kalles postkvantekryptografi.
I stedet for å bruke problemer som faktorisering, bygger disse nye algoritmene på matematiske problemer som kvantedatamaskiner ikke kan løse like raskt, som for eksempel gitterproblemer og multivariat kryptografi. Selv om disse også kan være utfordrende for klassiske datamaskiner, er de spesielt laget for å være sikre mot både klassiske og kvantebaserte angrep.
– Kvanteteknologi kan også brukes til å lage krypteringsmåter - på en måte som ikke lar seg hacke. Hvis to parter ønsker å kommunisere sikkert, kan de ha lage binær nøkkel som er like lang som den binære meldingen de vil sende. Da kan de sende meldinger helt uforstyrret - så lenge de vet at ingen andre har nøkkelen. Ved å utnytte kvantefenomener kan de være helt sikre på dette; et eventuelt avlyttingsforsøk bli avslørt, forteller Selstø.
Brukes i Norge allerede i dag
Som med kryptonøkkelen, er det viktig å snakke om hvor mye bra kvantedatamaskiner kan føre med seg også. Selv om man ser potensialet i å løse store problemer som at temperaturen stiger på jorden, så kan det også brukes til konkrete ting allerede i dag.
Ruter har ved hjelp av blant annet kvantemaskiner brukt teknologi for å forutsi hvor billettkontrollørene kan finne folk som reiser uten billett. Det kan du lese mer om her.
– Det er veldig kult, og et godt eksempel på at det allerede i dag.
– Det er veldig kult, og et godt eksempel på at det allerede i dag, kan brukes i praksis mot optimeringsproblemer, sier Selstø.
– I framtida håper vi å se flere eksempel på at kvantedatamaskiner kan bidra til å løse problemer. Kanskje kan Yara lage ammoniakk på en mer energieffektiv måte. Vi vet at det blir produsert mer effektivt i naturen, vi vet bare ikke hvordan. Men her har vi et berettighet håp om at kvantedatamaskiner kan være til hjelp.
I helseindustrien spenner bruken av kvanteteknologi fra utvikling av legemidler og tidlig oppdagelse av kreft til avlesning av hjernebølger for å styre proteser eller eksoskjeletter, i følge Medwatch.
Så stort er potensialet i denne teknologien i denne industrien at danske Novo Holdings ga 2,2 milliarder kroner for å utvikle det tidligere i år.
– Jeg håper Norge også ser viktigheten av å satse på denne teknologien i årene fremover, sier Selstø.
