Tester fremtidens vern mot kvantemaskiner: – Håper å unngå panikk

Den amerikanske sikkerhetsorganisasjonen NIST har nettopp publisert de første kvantesikre algoritmene som skal standardiseres. I skrivende stund blir de stresstestet av forskere og sikkerhetspersonell fra hele verden. Én av dem er Christian Majenz, som er adjunkt ved DTU Compute i Danmark.

– Vi håper at de nye algoritmene vil bli mye brukt og at man vil begynne å erstatte alle algoritmene som kan brytes med en kvantedatamaskin. På denne måten håper vi å unngå at det oppstår panikk når maskinene kommer.

– Vi vet at det tar lang tid å erstatte denne typen infrastruktur, så det er viktig å være i forkant, sier forskeren, som allerede har brukt mye tid på å sannsynliggjøre at spesielt én av algoritmene er sikker – i teorien.

– Det er flere grunner til å være i forkant. Det er ting vi krypterer som det ikke bare er forferdelig om blir dekryptert i dag, men hvor data også er sensitive om tjue år – for eksempel helsedata. Derfor er det nærmest umulig å implementere kvantesikre algoritmer for tidlig, sier Majenz.

som derfor ikke bare synes det er et problem for kommunikasjonen og datalagringen som kan bli kompromittert når kvantedatamaskiner kommer.

Han er bekymret for alt som lagres i skrivende stund, som kan dekrypteres senere.

– Jeg synes for eksempel ikke det er hyggelig å tenke på at testsvarene mine sendes med kryptering som er sårbar for kvanteangrep, sier Majenz.

Han sier at det er fundamentalt umulig å bevise at en algoritme basert på asymmetrisk kryptografi er 100 prosent sikker. Men du kan bevise at så mange deler av den som mulig er sikre, og på den måten sannsynliggjøre at krypteringen er sikker. Derfor er det en stor jobb å skrive ut en algoritme.

En nerdete konkurranse

De to vinneralgoritmene, som i løpet av få år forhåpentligvis vil erstatte våre nåværende og relativt usikre algoritmer og bli vårt bolverk mot kvantedatamaskinene, er funnet i en internasjonal konkurranse.

– De beste kandidatene er typisk større samarbeidsprosjekter, fordi det krever mye krefter å utvikle og teste en ny krypteringsalgoritme, sier Majenz.

Han beskriver arbeidet med stresstesting av krypteringsalgoritmene som matematisk bevisføring:

– Mitt arbeid med å teste algoritmene innebærer å fortsette å utvikle matematiske metoder inntil du har en tilstrekkelig stor verktøykasse til å sannsynliggjøre at algoritmen er trygg. Det er ganske komplisert.

Kvantesikre krypteringsalgoritmer finnes allerede, men de er lite fleksible og kan derfor ikke implementeres generelt, ifølge Majenz. Han forklarer at vi fortsatt må erstatte de vanligste protokollene som TLS med kvantesikre alternativer. Krypteringsprotokollen TLS, som står for Transport Layer Security, oppdateres jevnlig og brukes spesielt til å kommunisere kryptert på Internett.

Likevel har TLS flere sårbarheter for strukturelle angrep, og det er en klassiker i hackerens spillebok å tvinge nettsider som krypterer med TLS til mindre sikre versjoner av protokollen som bruker enda eldre algoritmer enn de som brukes i dag.

For sikkerhets skyld

Majenz sier også at, så vidt vi vet, finnes det ikke kvantedatamaskiner som er i stand til å bryte krypteringen som beskytter de fleste systemer i dag.

– Vi er faktisk ikke helt sikre på at kvantedatamaskinene vil fungere. Det er noen få ting som gjenstår å utvikles, og dette kan i teorien gjøres, men det er en reell mulighet for at det aldri vil lykkes, sier Majenz, som likevel tror at de til slutt vil komme til å fungere og bli et problem.

Men selv om de ikke blir det, er ikke tiden brukt på å utvikle og teste algoritmene bortkastet:

– Det er også slik at de kryptografiske algoritmene som utvikles nå for å være sikre mot kvantemaskiner, ser ut til å være generelt sikrere, sier Majenz.

– Frustrerende og fantastisk

Konkret har han jobbet for å bevise om den såkalte dilitiumalgoritmen er trygg. Den er basert på det som kalles asymmetrisk kryptografi, hvor data krypteres med en offentlig tilgjengelig nøkkel som kun avslører de krypterte dataene når de kombineres med en hemmelig, privat nøkkel.

– Asymmetrisk kryptografi er frustrerende, men det er også fantastisk. Jeg kan kommunisere med folk jeg ikke kjenner uten å ha en hemmelig nøkkel å huske eller utveksle konstant. Mennesker er dårlige til å huske passord, men kryptonøkler trenger ikke å huskes av oss selv og er effektive så lenge det ikke er noen strukturell svakhet i krypteringen, sier Majenz entusiastisk.

Han håper de nye algoritmene vil bli godt mottatt:

– De nye algoritmene vil være litt tregere enn de gamle, men hvis du ser på den katastrofale risikoen du forbereder deg på ved å implementere dem, håper jeg at mange vil ta dem i bruk. Som sådan koster det ikke noe utover bryet.

Artikkelen ble først publisert på Version 2.