Захист банківських рахунків, вебсайтів і персональних даних в інтернеті значною мірою спирається на криптографічні алгоритми, які сучасним звичайним комп’ютерам надзвичайно складно зламати. Однак розвиток квантових обчислень може змінити цю ситуацію. Французька компанія Alice & Bob підрахувала, що для зламу широко використовуваного шифрування RSA-2048 може вистачити квантового комп’ютера лише з 23 тисячами кубітів.
За оцінкою дослідників, такий апарат міг би виконати обчислення приблизно за 3,14 дня. А система з 610 530 спеціалізованими кубітами могла б упоратися із завданням лише за півтори години.
Поки що це теоретичні розрахунки, а не демонстрація реального зламу. Проте автори роботи вважають, що необхідні технології можуть стати доступними наприкінці цього десятиліття.
Чому RSA-2048 такий складний для зламу
RSA-2048 — один із найважливіших криптографічних стандартів, який використовується для захисту цифрової інфраструктури. Його застосовують у різних системах передавання даних, зокрема під час роботи вебсайтів, онлайн-сервісів і сховищ інформації.
Безпека цього алгоритму ґрунтується на складності розкладання великого числа на прості множники. У випадку RSA-2048 потрібно розкласти 617-значне число на два прості числа. Для класичних комп’ютерів це обчислювально надзвичайно складне завдання.
Однак квантові комп’ютери працюють за іншими принципами. За достатньої потужності вони можуть використовувати спеціальні алгоритми, які суттєво прискорюють розв’язання математичних задач, що лежать в основі сучасної криптографії.
Алгоритм Шора та роль квантових кубітів
Ключем до потенційного зламу RSA є алгоритм Шора, який математик Пітер Шор запропонував ще 1994 року. Він дозволяє квантовому комп’ютеру ефективно розкладати великі числа на множники, а отже, потенційно долати захист RSA.
Однак для цього потрібен не просто квантовий комп’ютер із великою кількістю кубітів. Його обчислення мають бути достатньо точними, адже фізичні кубіти схильні до помилок. Тому система повинна мати механізми квантової корекції помилок, які допомагають отримувати надійні результати.
Оцінки необхідної потужності поступово зменшувалися. У 2019 році дослідники Google Quantum AI припускали, що для зламу RSA-2048 знадобиться близько 20 млн фізичних кубітів. Протягом наступних шести років розрахунки скоротили цю кількість до менш ніж мільйона.
Це стало можливим завдяки вдосконаленню самого алгоритму Шора та розвитку квантових технологій, які поліпшують роботу логічних кубітів.
Чому компанія робить ставку на cat qubits
Alice & Bob використовує особливий тип кубітів — так звані cat qubits, або «котячі кубіти». Їхня архітектура покликана зменшувати вплив певних типів помилок, що виникають під час квантових обчислень.
Ще у 2023 році компанія оцінювала, що для виконання алгоритму Шора та зламу RSA-2048 знадобиться приблизно 350 тисяч таких кубітів. У новішому дослідженні, з урахуванням удосконалень технології, необхідну кількість вдалося скоротити до 23 тисяч. Розрахунковий час виконання операції становить 3,14 дня.
Якщо ж збільшити систему до 610 530 cat qubits, те саме завдання, за оцінками дослідників, можна виконати приблизно за 1,5 години.
Втім, створити настільки великий квантовий комп’ютер — це не лише питання кількості кубітів. Для його роботи знадобиться складна додаткова інфраструктура, яку ще потрібно розмістити в лабораторії та забезпечити належними умовами. Саме масштабування системи залишається одним із головних практичних викликів.
Чи потрібно вже зараз переходити на нове шифрування
Попри те, що квантового комп’ютера, здатного зламати RSA-2048 за наведеними параметрами, поки не існує, дослідники закликають не відкладати підготовку до нової епохи обчислень.
Стандарти постквантової криптографії вже розроблені, але їхнє широке впровадження та практичне тестування ще тривають. Перехід на нові алгоритми має відбутися до того, як достатньо потужні квантові комп’ютери стануть реальністю.
Дослідження Alice & Bob поки не пройшло незалежного рецензування. Його опубліковано в архіві Cryptology ePrint Archive. Тому наведені цифри слід розглядати як оцінку потенційних можливостей технології, а не як підтвердження того, що RSA-2048 уже можна зламати за кілька днів. Проте головний висновок очевидний: криптографічні системи, які десятиліттями вважалися надійними, потребують завчасної підготовки до появи квантових обчислень нового покоління.