Skörda nu, dekryptera senare: Det kvanthotet förklarat

Hackningsstrategin “Harvest Now, Decrypt Later” bygger på tron att världen bara är några år ifrån prisvärda kvantdatorer. Dessa datorer är tusentals gånger kraftfullare än traditionella alternativ. Därför kommer de att kunna bryta ner en stor del av dagens bästa kryptering. Här är vad du behöver veta.

Kvantdatorer excellerar i specifika uppgifter

Kvantdatorer är här, och i vissa fall är de kraftfullare än världens bästa superdatorer. Mer specifikt är de bara bra på vissa uppgifter eftersom de kan köra stora algoritmer parallellt. Till exempel kan kvantdatorer utföra optimeringsuppgifter på minuter som skulle ta den bästa superdatorn dagar att slutföra.

Uppgifter som slumpmässig kretsprovning skulle ta Frontier, en ledande superdator, mer än 47 år att slutföra. Samma uppgift tog ett kvantsystem 6 sekunder att slutföra – ett resultat som uppnåddes 2019, när Googles Sycamore-processor slutförde en slumpmässig kretsprovningsuppgift på sekunder som Google uppskattade skulle ta klassiska superdatorer avsevärt längre. Detta benchmark har dock debatterats, och förbättringar i klassiska algoritmer har minskat gapet.

Skörda nu, dekryptera senare (HNDL)

Allteftersom kvantdatorer blir mer stabila och prisvärda medför de ett antal fördelar, men också flera risker för infrastruktur och nuvarande säkerhetsåtgärder. Metoden “Hack Now Decrypt Later” uppstår när angripare får kopior av krypterad data för att dekryptera den vid ett senare tillfälle.

Idén om HNDL började få fäste i början av 2010‑talen när kryptovalutor och andra avancerade protokoll började ta fart. Dessa system använde avancerade krypteringsmetoder som bygger på långa matematiska ekvationer som kräver enorma mängder tid att bryta med dagens teknik.

Dock vill HNDL‑hackare inte bryta krypteringen idag. Istället är deras mål att lagra data tills en framtida tidpunkt då kvantdatorer är allmänt tillgängliga. Denna strategi skulle möjliggöra för hackare att utnyttja nyckelprotokoll som Shors algoritm för att bryta nyckelkrypteringsstrategier som ECC (Elliptic Curve Cryptography) och RSA‑kodning.

Shors algoritm

Vid kärnan av denna förmåga finns en ekvation som kallas Shors algoritm. Shors algoritm uppfanns av Peter Shor 1994 som ett sätt att faktorisera stora heltal på kvantsystem. Denna förmåga gör att systemet kan besegra traditionella krypteringsmetoder som skulle ta ett vanligt system årtionden att slutföra på rekordtid, vilket gör metoder som RSA‑kryptering föråldrade.

Edward Snowden

Den första avslöjandet av denna hackningsstrategi kom fram 2013 när Edward Snowden flydde från USA på grund av säkerhetsbekymmer efter att ha avslöjat omfattningen av NSA:s civila spionage. I sina avslöjanden dokumenterar han hur organisationen rutinmässigt stal krypterad data med det uttryckliga målet att använda framtida teknologier för att bryta krypteringen.

Källa – Freedom of the Press

Konceptet fick mer liv när ledande kryptograf Michele Mosca och andra talade om hur kvantdatorer skulle göra dagens e‑handelskryptering föråldrad. Detta plötsliga avslöjande, i kombination med senaste genombrotten inom kvantdatorer, har lett till att regeringar och företag inför nödmigreringsstrategier.

Risken är verklig och sker idag

Det finns ingen pålitlig statistik över HNDL‑attacker på grund av deras tekniska natur, men riskerna är fortfarande utbredda. Enligt Deloitte‑undersökningar bör HNDL vara den främsta oron för alla företag eller organisationer som innehar mycket känslig långsiktig data.

Sårbara datatyper

För att förstå varför denna hackningsmetod är så farlig måste du först titta på vilka typer av data som är måltavlor. Dessa hackare letar inte efter kortsiktig data. Istället fokuserar de på nyckelinformation på lång sikt som reglerad finansiell och hälso‑data.

Det finns också ökande rapporter om att denna hackningsmetod används mot immateriella rättigheter, företagshemligheter, regeringsprogram och försvarsstrategier. Alla dessa objekt behåller sitt värde över tid, och vissa blir ännu mer relevanta med tiden.

Q‑Day

Dessa hackare väntar på Q‑day. Termen används för att beskriva den kritiska punkten då kvantdatorer blir kapabla att knäcka nästan alla äldre krypteringsmetoder. Den hypotetiska inflektionspunkten beror på kryptografiskt relevanta kvantdatorer (CRQC) som stödjer stabila qubit‑funktioner som kan lösa asymmetriska kryptografiska algoritmer.

Enligt analytiker närmar sig Q‑day alltmer verkligheten. Vissa analytiker har placerat den så nära som i år, medan andra tror att det fortfarande finns ett decennium kvar för företag och regeringar att förbereda sig. Alla parter är dock överens om att de första uppskattningarna om att Q‑day skulle inträffa på 2050‑talet var för optimistiska.

Varför Skörda nu, dekryptera senare är ett verkligt hot

För närvarande är kvantdatorer extremt sällsynta och dyra att underhålla. Därför är de bara tillgängliga för nationer med avancerade forskningsanläggningar och institutioner som kan stödja enhetens krav.

Men när tekniken och priset för att underhålla dessa enheter minskar kommer fler nationer och organisationer att köpa och driva kvantapparater. Detta har inte gått obemärkt förbi statliga hackare som har ökat sin stöld av långsiktigt krypterad data. Tyvärr lämnar HNDL inget spår som traditionella dataintrång förrän datan redan har dekrypterats.

Ingenjörer har dessutom identifierat några metoder som kan göra infiltrationsdetektering snabbare, inklusive övervakning av onormala exfiltrationsvolymer. Detta scenario innebär att det inte finns något sätt att veta vilken data som redan har stulits och väntar på att bli åtkomlig i framtiden.

Hur du skyddar dina data

Med tanke på den hastighet med vilken dessa enheter utvecklas och deras planerade tillgänglighet i slutet av decenniet är det viktigt för organisationer och företag att lära sig hur de kan hålla sig skyddade. Ett av de första stegen i processen är att inventera alla deras kryptografiska tillgångar.

Post‑kvantkryptografi (PQC)

Detta steg gör att du kan skapa en lista över tillgångar som behöver migreras till post‑kvantkryptografi (PQC)-alternativ. Listan bör ange tillgången och dess kryptografi. Den bör också inkludera en varaktighet och exponeringar som tar hänsyn till kvantdators relevans.

Företag kan använda mått som HNDL‑poängsystemet för att se vilken data som har högst risk. Denna bedömning bör sedan korsrefereras med aktuell hackningsdata för att säkerställa att värdefull och mest eftertraktad information förblir en prioritet. Målet med detta tillvägagångssätt är att säkerställa att ditt företag endast använder kryptering med en livslängd på +10 år.

NIST:s PQC‑standarder

National Institute of Standards and Technology (NIST) grundades 1901 som en avdelning inom Department of Commerce. Dess mål är att skapa standarder som driver innovation samtidigt som konsumentskydd och säkerhet bevaras.

En av dess nyckelroller är att fastställa säkerhetsstandarder för teknikindustrin under initiativet Cybersecurity Framework (CSF). Detta ramverk har varit avgörande för företag som söker vägledning om hur de kan hålla sig säkra i en framtid med kvantdatorer.

Till exempel har gruppen introducerat flera post‑kvantkryptografi (PQC)-standarder, inklusive FIPS 203‑205, ML‑KEM, ML‑DSA och SLH‑DSA. Dessa krypteringsmetoder har genomgått kvanttestning i gruppens anläggningar, vilket säkerställer att de är motståndskraftiga mot framtida attacker.

Kryptografiskt relevant kvantdator

Begreppet Cryptographically Relevant Quantum Computer (CRQC) avser ett system som har kvantkapacitet och är feltolerant. Dessutom kan det stödja Shors algoritm i skala. Noterbart är att denna enhet fortfarande är en bit bort.

Det finns tekniska hinder som ingenjörer arbetar oavbrutet med för att föra CRQC till marknaden. Till exempel måste dessa enheter stödja tusentals logiska qubits. Detta är lättare sagt än gjort, eftersom logiska qubits konstrueras från miljontals fysiska qubits med hjälp av felkorrigeringskoder för att eliminera decoherence.

För närvarande är decoherence fortfarande en stor begränsande faktor i designen av kvantdatorer. Det har dock skett några senaste genombrott som kan göra dessa enheter till verklighet inom de kommande fem åren.

Vilka länder utför HNDL‑operationer?

Det finns många nationer som misstänks utföra HNDL‑operationer. Edward Snowden avslöjade att amerikanska myndigheter använt denna metod i många år för att samla information som en dag kan användas för att spåra eller kategorisera amerikanska medborgare.

China, Russia, North Korea

Inte förvånande är Kina, Ryssland och Nordkorea också inblandade i misstänkta DNHL‑scheman mot nationer. I ett fall är Kina anklagad för IP-stöld från försvarsbolag, vilket möjliggör för dem att samla in stora mängder data som en dag kan avkodas.

Kryptovalutor

Blockkedjesektorn har särskilt lagt ner mycket arbete på att förbereda sig för Q‑day. Kvantdatorer kan potentiellt bryta elliptisk kurvkryptografi (ECDSA), som är kärnan i flera ledande projekt som Bitcoin och Ethereum.

Ett av de största problemen är att kvantdatorer är tillräckligt kraftfulla för att ta de exponerade offentliga nycklarna och räkna ut ekvationen för att låsa upp privata nycklar på minuter. Detta steg skulle ta traditionella datorer årtionden eller längre. Därför finns det flera projekt som integrerar kvantskydd.

Hur blockkedjor kan förhindra kvantattacker

Det finns flera sätt för blockkedjor att säkra sitt försvar mot kvantdatordataknep. Noterbart är att vissa projekt redan är kvant‑säkra, med den första kryptovalutan som integrerade dessa skydd var Quantum Resistant Ledger år 2018.

Intressant nog integrerar denna blockkedja flera nya teknologier, inklusive ett NIST‑godkänt hash‑baserat signatursystem. Projektet kombinerar denna teknik med ett XMSS (eXtended Merkle Signature Scheme) för att säkerställa skyddet.

Vad sägs om traditionella projekt som Bitcoin

Majoriteten av blockkedjor är för närvarande inte kvantskyddade. Därför kommer de behöva göra mer drastiska förändringar för att säkerställa skyddet. Dessa förändringar kommer utan tvekan att kräva en hard fork eftersom de kommer att förändra projektens kärnalgoritmer.

Bitcoin Core motståndskraftig mot uppgraderingar av konsensus

Bitcoin Core är känt för sin vilja att hålla konsensusalgoritmen orörd för att säkerställa stabilitet, konsensus och bakåtkompatibilitet. Trots starkt motstånd mot någon hard fork har det funnits förslag på kvant‑proofing och till och med hard forks som har inträffat.

Nationella säkerhetsrisker

Det finns också ett växande antal säkerhetsanalytiker som fortsätter att slå larm om HNDL‑attacker på högsta regeringsnivå. Föremål som diplomatiska diskussioner, tidigare militära operationer, hemliga nätverk och till och med försvarsplaner kan alla bli allmänt tillgängliga efter Q‑day.

Denna teknik har potential att avslöja hemligheter som regeringen har skyddat i årtionden. Detta inkluderar förmågan att avkoda konfidentiella regeringstransaktioner och andra mycket känsliga finansiella operationer.

Hur lång tid har du på dig att förbereda dig för Q‑Day

Det finns inget fast datum då datortillverkare kommer att uppnå en fungerande CRQC, och analytiker är delade i sina prognoser. På den konservativa sidan placerar majoriteten av experterna den någon gång efter 2035. Detta ligger i linje med IBMs skalningskarta.

Den andra änden av spektrumet inkluderar de som tror att tekniken kan uppnås inom de kommande fem åren, med en bred påverkan som känns av tidigt på 2030‑talet. Dessa analytiker pekar på senaste genombrotten inom kvantdatorer som har skapat mer stabila qubits och kraftfullare chip.

Företag som leder övergången till post‑kvantsäkerhet

En växande lista av organisationer och företag har tagit initiativet för att förhindra framtida kvant‑hackningsförsök. Dessa företag fortsätter att spendera enorma summor på forskning och testning av sina system för att förhindra miljarder i förluster i framtiden.

IBM

IBM (IBM ) förblir en pionjär inom feltoleranta kvantsystem. Företaget har lagt ner mycket arbete på att utveckla automatiserade verktyg för krypteringshantering som Guardium Cryptography Manager för att förhindra framtida attacker. Det är också engagerat i att uppnå full anpassning med NIST PQC‑standarder senast 2026

Noterbart har IBM en tydlig fördel eftersom de är aktiva inom kvantdatorsektorn, vilket ger dem direkt insikt. Företaget har dessutom börjat testa sitt senaste 1 121‑qubit Condor‑system. Varje iteration av deras chip lägger till fler qubits, vilket för Q‑day närmare.

IBM uppskattar att de kommer att nå 2 000 logiska qubits i sitt Blue Jay‑chip. Denna densitet skulle placera chipet bara 372 logiska qubits från RSA‑2048 Shor‑gränsen, vilket potentiellt gör det till den första kryptografiskt relevanta kvantdatorn.

Skörda nu, dekryptera senare – Behöver vi oroa oss?

Ja, utsikten att kvantdatorer helt kan utplåna århundraden av kryptering över en natt är ett stort och verkligt problem som förtjänar din uppmärksamhet. Det finns dock fortfarande många tekniska hinder som teknologin måste övervinna innan den kan nå detta tillstånd. Därför har du minst fem år på dig att kvantsäkra dina databaser.

Lär dig mer om andra intressanta utvecklingar inom datorteknik här.