Høst nå, dekrypter senere: Den kvantebaserte trusselen forklart

Angrepsstrategien «samle inn nå, dekrypter senere» bygger på antakelsen om at rimelig kvantedatabehandling bare er noen få år unna. Slike datamaskiner kan være tusenvis av ganger kraftigere enn tradisjonelle alternativer på bestemte oppgaver. Dermed vil de kunne knekke mye av dagens sterkeste kryptering. Her er det du trenger å vite.

Kvantedatamaskiner utmerker seg på bestemte oppgaver

Kvantedatamaskiner finnes allerede, og i enkelte tilfeller er de kraftigere enn verdens beste superdatamaskiner. Mer presist er de bare spesielt gode på visse oppgaver der de kan utnytte kvantealgoritmer. De kan for eksempel løse enkelte optimaliseringsoppgaver på minutter som ville tatt en svært kraftig superdatamaskin flere dager.
Oppgaver som tilfeldig sampling av kvantekretser ville tatt Frontier, en ledende superdatamaskin, mer enn 47 år å fullføre. Et kvantesystem brukte seks sekunder på den samme oppgaven. Artikkelen knytter dette til gjennombruddet i 2019, da Googles Sycamore-prosessor utførte tilfeldig sampling av kvantekretser på sekunder, mens Google anslo at klassiske superdatamaskiner ville trenge betydelig lengre tid. Denne sammenligningen har imidlertid vært omdiskutert, og forbedrede klassiske algoritmer har redusert forspranget.

Samle inn nå, dekrypter senere (HNDL)

Etter hvert som kvantedatamaskiner blir mer stabile og rimeligere, gir de en rekke fordeler, men også flere risikoer for infrastruktur og dagens sikkerhetstiltak. Metoden «samle inn nå, dekrypter senere» innebærer at angripere skaffer seg kopier av krypterte data for å dekryptere dem på et senere tidspunkt.

Ideen om HNDL begynte å få gjennomslag tidlig på 2010-tallet, samtidig som kryptovalutaer og andre avanserte protokoller vokste frem. Disse systemene brukte avanserte krypteringsmetoder basert på matematiske problemer som krever svært lang tid å løse med dagens teknologi.

HNDL-angripere ønsker imidlertid ikke å knekke krypteringen i dag. Målet er å lagre dataene til kvantedatamaskiner blir lett tilgjengelige. Da kan de bruke blant annet Shors algoritme til å bryte sentrale krypteringsmetoder som elliptisk kurvekryptografi (ECC) og RSA.

Shors algoritme

Denne evnen bygger på Shors algoritme, utviklet av Peter Shor i 1994 for å faktorisere store heltall på kvantedatamaskiner. Algoritmen gjør det mulig å løse problemer som tradisjonelle systemer ville brukt svært lang tid på, og kan dermed gjøre krypteringsmetoder som RSA sårbare.

Edward Snowden

Den første avsløringen av denne angrepsstrategien kom i 2013, da Edward Snowden flyktet fra USA av frykt for sin egen sikkerhet etter å ha avslørt omfanget av NSAs overvåking av sivile. Avsløringene hans dokumenterte hvordan organisasjonen rutinemessig samlet inn krypterte data med det uttrykkelige målet å bruke fremtidig teknologi til å knekke krypteringen.

Kilde – Freedom of the Press

Konseptet fikk større oppmerksomhet da den ledende kryptografen Michele Mosca og andre beskrev hvordan kvantedatamaskiner kunne gjøre dagens kryptering for netthandel foreldet. Sammen med nyere gjennombrudd innen kvantedatabehandling har denne erkjennelsen fått myndigheter og selskaper til å innføre hastetiltak for migrering.

Risikoen er reell og finnes allerede i dag

Selv om det er vanskelig å få pålitelig statistikk om HNDL-angrep på grunn av deres tekniske natur, er risikoen betydelig. Ifølge undersøkelser fra Deloitte bør HNDL være en sentral bekymring for enhver virksomhet eller organisasjon som sitter på svært sensitive data med lang levetid.

Sårbare datatyper

For å forstå hvorfor denne angrepsmetoden er så farlig, må vi først se på hvilke data angriperne er ute etter. De søker ikke informasjon med kortvarig verdi, men viktige opplysninger med lang levetid, som regulerte finans- og helsedata.

Det kommer også stadig flere rapporter om at metoden brukes mot immaterielle verdier, forretningshemmeligheter, offentlige programmer og forsvarsstrategier. Alt dette kan beholde sin verdi over tid, og noe kan bli enda mer relevant.

Q-dagen

Angriperne venter på Q-dagen. Begrepet beskriver vendepunktet der kvantedatamaskiner blir i stand til å knekke nesten enhver eldre krypteringsmetode. Dette hypotetiske vendepunktet avhenger av kryptografisk relevante kvantedatamaskiner (CRQC) med stabile qubiter som kan angripe asymmetriske kryptografiske algoritmer.

Ifølge analytikere nærmer Q-dagen seg. Noen mener den kan komme allerede i år, mens andre mener virksomheter og myndigheter fortsatt har et tiår på å forberede seg. Samtidig mener disse vurderingene at de første anslagene, som la Q-dagen til 2050-tallet, ga for optimistiske utsikter til hvor lang forberedelsestid som gjensto.

Hvorfor «samle inn nå, dekrypter senere» er en reell trussel

Kvantedatamaskiner er foreløpig svært sjeldne og dyre å drifte. De er derfor hovedsakelig tilgjengelige for land med avanserte forskningsmiljøer og institusjoner som kan oppfylle de tekniske kravene.

Etter hvert som teknologien utvikles og driftskostnadene faller, vil flere land og organisasjoner kjøpe og bruke kvantesystemer. Statsstøttede angripere er klar over dette og har intensivert tyveriet av krypterte data med lang levetid. HNDL kan dessverre være vanskelig å oppdage før de stjålne dataene faktisk blir dekryptert.

Ingeniører har riktignok utviklet metoder som kan gjøre det raskere å oppdage inntrenging, blant annet ved å overvåke unormalt store dataoverføringer ut av et system. Likevel er det vanskelig å vite hvilke data som allerede er stjålet og venter på å bli tilgjengelige i fremtiden.

Slik beskytter du dataene dine

Med den raske utviklingen av slike systemer og forventninger om større tilgjengelighet innen tiårets slutt, må organisasjoner og virksomheter lære hvordan de kan forbli beskyttet. Et av de første tiltakene er å kartlegge alle kryptografiske ressurser.

Postkvantekryptografi (PQC)

Kartleggingen gjør det mulig å lage en oversikt over ressursene som må overføres til postkvantekryptografi (PQC). Listen bør identifisere hver ressurs og kryptografien den bruker. Den bør også angi hvor lenge dataene må beskyttes og mulige eksponeringsveier, med hensyn til fremtidige kvantedatamaskiner.

Virksomheter kan bruke mål som en HNDL-risikoscore for å se hvilke data som er mest utsatt. Vurderingen bør sammenholdes med aktuell informasjon om angrep, slik at verdifulle og ettertraktede opplysninger prioriteres. Målet er at virksomheten bare bruker kryptering som kan gi beskyttelse i mer enn ti år.

NISTs standarder for postkvantekryptografi

National Institute of Standards and Technology (NIST) ble grunnlagt i 1901 som en etat under USAs handelsdepartement. Instituttet utvikler standarder som skal fremme innovasjon og samtidig ivareta forbrukervern og sikkerhet.

En av instituttets sentrale oppgaver er å fastsette sikkerhetsstandarder for teknologibransjen gjennom Cybersecurity Framework (CSF). Rammeverket har vært viktig for virksomheter som søker veiledning om sikkerhet i en fremtid med kvantedatamaskiner.

NIST har blant annet innført flere standarder for postkvantekryptografi, inkludert FIPS 203–205, ML-KEM, ML-DSA og SLH-DSA. Disse metodene er vurdert med tanke på motstand mot fremtidige kvanteangrep.

Kryptografisk relevante kvantedatamaskiner

En kryptografisk relevant kvantedatamaskin (CRQC) er et feiltolerant kvantesystem med kapasitet til å kjøre Shors algoritme i stor nok skala til å true etablert kryptografi. Slike maskiner ligger fortsatt et stykke frem i tid.

Ingeniører arbeider med flere tekniske hindringer før CRQC-er kan bli tilgjengelige. Systemene må blant annet støtte tusenvis av logiske qubiter. Det er lettere sagt enn gjort: logiske qubiter bygges av et stort antall fysiske qubiter, potensielt millioner, og feilrettingskoder brukes for å håndtere dekoherens og andre feil.

Dekoherens er fortsatt en viktig begrensning i utformingen av kvantedatamaskiner. Det har imidlertid nylig kommet gjennombrudd som kan bidra til at slike systemer blir en realitet i løpet av de neste fem årene.

Hvilke land utfører HNDL-operasjoner?

Mange land mistenkes for å utføre HNDL-operasjoner. Edward Snowden avslørte at amerikanske etater hadde brukt metoden i mange år for å samle inn informasjon som en dag kunne brukes til å spore eller kategorisere amerikanske borgere.

Kina, Russland og Nord-Korea

Også Kina, Russland og Nord-Korea mistenkes for HNDL-operasjoner rettet mot andre land. Kina er blant annet anklaget for tyveri av immaterielle verdier fra forsvarsbedrifter, noe som kan gi tilgang til store datamengder som en dag kan dekrypteres.

Kryptovalutaer

Blokkjedesektoren har lagt mye arbeid i å forberede seg på Q-dagen. Kvantedatamaskiner kan potensielt bryte kryptografi basert på elliptiske kurver, inkludert ECDSA, som er sentral i ledende prosjekter som Bitcoin og Ethereum.

Et hovedproblem er at tilstrekkelig kraftige kvantedatamaskiner kan bruke eksponerte offentlige nøkler til å beregne private nøkler på minutter. Dette ville tatt tradisjonelle datamaskiner flere tiår eller mer. Derfor arbeider flere prosjekter med å innføre kvantebeskyttelse.

Slik kan blokkjeder forhindre kvanteangrep

Blokkjeder kan styrke forsvaret mot kvanteangrep på flere måter. Enkelte prosjekter har allerede innført kvantebestandig teknologi. Quantum Resistant Ledger var i 2018 den første kryptovalutaen som integrerte slik beskyttelse.

Denne blokkjeden bruker flere nye teknologier, blant annet et NIST-godkjent, hashbasert signatursystem. Beskyttelsen bygger på XMSS (eXtended Merkle Signature Scheme).

Hva med etablerte prosjekter som Bitcoin?

De fleste blokkjeder er foreløpig ikke kvantebeskyttet. De vil derfor trenge større endringer for å oppnå slik beskyttelse. Endringer som påvirker prosjektenes grunnleggende algoritmer, kan kreve en hard fork.

Bitcoin Cores motstand mot konsensusendringer

Bitcoin Core er kjent for sitt ønske om å holde konsensusalgoritmen urørt for å sikre stabilitet, konsensus og bakoverkompatibilitet. Til tross for sterk motstand mot enhver hard fork, har det vært forslag til kvante‑sikring og til og med hard forks som har skjedd.

Risiko for nasjonal sikkerhet

Stadig flere sikkerhetsanalytikere advarer også om HNDL-angrep på høyeste myndighetsnivå. Diplomatiske samtaler, tidligere militæroperasjoner, hemmelige nettverk og forsvarsplaner kan bli allment tilgjengelige etter Q-dagen.

Teknologien kan avsløre hemmeligheter som myndigheter har klart å beskytte i flere tiår. Det omfatter også dekryptering av konfidensielle offentlige transaksjoner og andre svært sensitive finansielle operasjoner.

Hvor lang tid er det igjen til Q-dagen?

Det finnes ingen fast dato for når utviklere vil få en fungerende CRQC, og analytikernes prognoser spriker. De mer konservative anslagene legger tidspunktet til etter 2035, i tråd med IBMs veikart for oppskalering.

I den andre enden finnes de som mener teknologien kan være på plass innen fem år, med omfattende virkninger tidlig på 2030-tallet. De viser til nyere gjennombrudd som har gitt mer stabile qubiter og kraftigere brikker.

Selskaper som leder overgangen til postkvantesikkerhet

Stadig flere organisasjoner og virksomheter har tatt initiativ til å forhindre fremtidige kvanteangrep. De bruker betydelige beløp på forskning og testing av systemene sine for å unngå milliardtap senere.

IBM

IBM (IBM ) er fortsatt en pioner innen feiltolerante kvantesystemer. Selskapet har arbeidet mye med automatiserte verktøy for kryptografistyring, som Guardium Cryptography Manager, for å forhindre fremtidige angrep. Det har også forpliktet seg til full tilpasning til NISTs PQC-standarder innen utgangen av 2026.

IBM har en fordel gjennom sin egen virksomhet innen kvantedatabehandling, som gir direkte innsikt i utviklingen. Selskapet har begynt å teste Condor-systemet med 1 121 qubiter. Nye brikkegenerasjoner får flere qubiter og bringer Q-dagen nærmere.

IBM anslår at Blue Jay-brikken vil nå 2 000 logiske qubiter. Ifølge anslaget som brukes her, ville det være bare 372 logiske qubiter unna terskelen for å angripe RSA-2048 med Shors algoritme, og systemet kunne dermed potensielt bli en kryptografisk relevant kvantedatamaskin.

Samle inn nå, dekrypter senere – bør vi være bekymret?

Ja, muligheten for at kvantedatamaskiner skal bryte etablert kryptering svært raskt, er en reell utfordring som fortjener oppmerksomhet. Samtidig må teknologien overvinne mange tekniske hindringer før den når dette nivået. Artikkelens anslag legger til grunn minst fem års forberedelsestid, men det er klokt å starte arbeidet med å gjøre databasene kvantebestandige tidlig.

Les om andre interessante fremskritt innen databehandling her.