Eljött a feltörhetetlen internet kora?
Képzeljük el, hogy az internetes adatainkat nem csak nehéz, hanem matematikailag lehetetlen lenne feltörni. Egy új kutatás szerint a kvantumszámítógépek révén ez a jövőkép közelebb van, mint gondolnánk – és nem csak az elméleti fizikusok kedvéért.
A JP Morgan Chase, a Quantinuum és más kutatóintézetek együttműködésében végzett kísérlet során – amelyről a Nature tudományos folyóirat is beszámolt a kutatók tanúsítottan véletlenszerű számokat tudtak generálni egy kvantumszámítógép segítségével. a kutatók tanúsítottan véletlenszerű számokat tudtak generálni egy kvantumszámítógép segítségével. Ez óriási áttörés: a jelenlegi kriptográfiai rendszerek ugyanis olyan algoritmusokra épülnek, amelyek csak utánozzák a véletlenszerűséget, így elvileg – kellő tudással és idővel – visszafejthetők.
Tanúsított véletlenség és kvantumugrás az internetbiztonságban
A Quantinuum 56 kvantumbites, csapdázott ionokon alapuló kvantumszámítógépe több mint 70 ezer tanúsított véletlen bitet állított elő. Egy-egy bit generálása mindössze pár másodpercet vett igénybe, de ezek valódi véletlenszerűségét utólag több szuperszámítógép – köztük az Argonne és Oak Ridge laboratórium gépei – igazolták. A tesztelések során keresztentrópia-benchmarking módszert alkalmaztak, amellyel kizárták, hogy ezek az értékek bármilyen hagyományos, algoritmikus úton jöhettek volna létre.
Miért fontos ez? Mert az internetbiztonság egyik alapköve a megbízható véletlenszám-generálás. A gyenge véletlenek már korábban is komoly kárt okoztak: például a 2010-es PlayStation-botrány során, amikor gyenge véletlenszámok miatt a támadók hozzáfértek a titkosítási kulcsokhoz. Ugyanez történt a 2013-as Android SecureRandom sebezhetőségnél is, amikor hibás véletlenszám-generálás miatt bitcoin tárcákból loptak el milliókat.
Schrödinger macskája és a kvantumvéletlenség
Az, hogy valóban véletlenszerű számokat tudunk generálni, a kvantummechanika különleges törvényein múlik. A kvantumszámítógépek nem hagyományos bináris biteket, hanem qubiteket használnak, amelyek egyszerre több állapotban is létezhetnek – ezt a jelenséget szuperpozíciónak nevezzük. Ez az az elv, amelyet Schrödinger híres gondolatkísérlete is szemléltetett, ahol a dobozban lévő macska egyszerre él is meg nem is – egészen addig, amíg ki nem nyitjuk a dobozt.
Amikor azonban ezeket a qubiteket megmérjük, az eredmény valóban véletlenszerű – nem azért, mert nem tudjuk előre, mi lesz, hanem mert maga a természet sem döntött még, amíg meg nem figyeljük a rendszert. Más szóval: a macska csak akkor él vagy hal meg, amikor valaki kinyitja a dobozt. Ezt használják ki a kvantumszámítógépek. A qubit képes egyszerre több állapotban is létezni (szuperpozícióban), és amikor „megfigyeljük”, az eredmény valóban véletlenszerű – nem csak azért, mert nem tudjuk, mi lesz, hanem mert addig a természet maga sem „döntött”.
A kutatók most először mutatták meg, hogy egy általános célú kvantumszámítógép képes nyilvánosan ellenőrizhető módon, tanúsított kvantumvéletlenséget előállítani. Ez nemcsak a tudományos körök számára jelent áttörést, hanem valódi gyakorlati alkalmazásokat is megnyithat: biztonságosabb üzenetküldő alkalmazásokat, sebezhetetlenebb digitális aláírásokat, és olyan kriptotárcákat, amelyek még az eddiginél is megbízhatóbbak lehetnek.
Egy különösen ígéretes felhasználási terület a nyilvános „véletlen jeladó”, amely olyan rendszer, ami rendszeresen bocsát ki valóban véletlen számokat – olyat, amelyet senki nem tud előre megjósolni, manipulálni vagy meghamisítani. Ez az eszköz lehetne az alapja a jövő univerzális kétlépcsős azonosító rendszereinek, de blokkláncoknál is forradalmat hozhat.
A szakértők szerint a kvantumszámítógépek tanúsított véletlensége megerősítheti például az Ethereum vagy a Solana platformjainak konszenzusalgoritmusait, amelyek gyakran támaszkodnak véletlenszerűségre. Minden olyan rendszer, amelyben okosszerződések vagy sorsolások működnek – például közjegyzői feladatokat ellátó blokklánc-alapú megoldások – profitálhatnak ebből az új technológiából.
A Myriad predikciós platform példája, ahol valószínűségi alapon történik a döntéshozatal. Ilyen rendszerek is profitálhatnak a tanúsított kvantumvéletlenségből.
Jelenleg azonban a technológia még nem áll készen a széles körű használatra. A tanúsítási folyamat jelentős számítási kapacitást igényel, amelyhez a legtöbb intézmény nem fér hozzá. De a fejlesztések gyors ütemben haladnak: a Quantum Origin például olyan módszeren dolgozik, ahol egyetlen egyszeri kvantummag beágyazásával kvantumszintűvé tehető bármely helyi véletlenszám-forrás.
A kutatók szerint az évtized végére a kvantumprocesszorok akár olcsóbbá és kevésbé zajérzékennyé válhatnak, így szinte bármilyen eszközbe beépíthetők lesznek. A felhőalapú szolgáltatások területén pedig már most is elképzelhető, hogy egyes munkafolyamatokhoz kvantumprocesszorokat csatoljanak – például véletlenszám-generáláshoz.
Ha mindez valóra válik, egy új korszak kezdődhet: olyan internetes világ, ahol a hamisítás nemcsak nehéz, hanem matematikailag lehetetlen – és ahol a digitális biztonságot nem trükkök, hanem a természet törvényei garantálják.