Kuantum hesaplama, belirli hesaplama türlerini klasik bilgisayarlardan daha hızlı gerçekleştirmek için kuantum bitlerini (kübitleri) manipüle etmek için kuantum mekaniği ilkelerini kullanan bir hesaplama paradigmasıdır. Potansiyel uygulamaları arasında kriptografi, optimizasyon sorunları ve karmaşık sistemlerin simülasyonları yer alır.
Şifrelenmiş veriler rastgele görünse de, şifreleme algoritmaları mantıksal kuralları takip eder ve bazı saldırı türlerine karşı savunmasız olabilir. Tüm algoritmalar, şifreleme anahtarının olası tüm kombinasyonlarının denendiği brute-force saldırılarına karşı doğal olarak savunmasızdır.
Verizon’un 2021 Veri İhlali raporuna göre, bilgisayar korsanlığının neden olduğu ihlallerin %85’i brute-force ya da kaybolan veya çalınan kimlik bilgilerinin kullanımını içermektedir. Ayrıca, siber suçlar ABD ekonomisine yılda 100 milyar dolara ve küresel ekonomiye yılda 450 milyar dolara mal olmaktadır.
Geleneksel olarak 128-bit şifreleme anahtarı brute-force saldırılarına karşı güvenli bir teorik sınır oluştursa da, bu şu anda kamu ve ticari amaçlar için kullanılan varsayılan simetrik şifreleme şifresi olan Gelişmiş Şifreleme Standardı simetrik anahtarları için asgari bir gerekliliktir.
İşletmeler, risk yönetimi planları geliştirmekten, QC’nin oluşturduğu tehditlerle mücadele etmek için kuantum mekaniğinin kendisinden yararlanmaya kadar değişen kuantum güvenli siber güvenlik çözümleri uygulayabilir.
Bunların kırılmasının hesaplama açısından mümkün olmadığı düşünülmektedir ve çoğu uzman günümüzün 128-bit ve 256-bit şifreleme anahtarlarının genel olarak güvenli olduğunu düşünmektedir. Bununla birlikte, önümüzdeki 20 yıl içinde, yeterince büyük kuantum bilgisayarlar, şu anda kullanılmakta olan tüm açık anahtar şemalarını birkaç saniye içinde kırabilecektir.
Kuantum Hesaplama Nasıl Çalışır?
Kuantum hesaplama asal sayı çarpanlarına ayırmayı hızlandırır, böylece kuantum hesaplamaya sahip bilgisayarlar gizli anahtarları hızlı bir şekilde hesaplayarak ve kapsamlı bir şekilde arayarak kriptografik anahtarları kolayca kırabilmektedir. Geleneksel bilgisayar mimarileri tarafından hesaplama açısından imkansız olduğu düşünülen bir görev, mevcut kriptografik algoritmaları tehlikeye atarak kolay hale gelir ve açık anahtarlı kriptografiyi kırmak için gereken süreyi yıllardan saatlere indirir.
Kuantum bilgisayarlar, kuantum dolanıklığı ve süperpozisyonlarla (kuantum bitleri [kubitler] aynı anda birkaç durumda bulunduğunda) ilişkili olasılıklar gibi karmaşık olgulardan yararlanarak, bir dizi işlemi olumlu olasılıkları artıracak şekilde gerçekleştirerek belirli sorunlar için geleneksel bilgisayarlardan daha iyi performans gösterir. Bir kuantum algoritması uygulandığında, doğru cevabı ölçme olasılığı maksimize edilmektedir.
RSA, AES ve Blowfish gibi algoritmalar siber güvenlik alanında dünya çapında standart olmaya devam etmektedir. Bu algoritmaların kriptografik anahtarları, sistemin güvenliğini koruyarak anahtarın kırılmasını zorlaştıran iki matematiksel prosedüre dayanmaktadır.
Kuantum bilgisayarlar için iki algoritma mevcut kriptografi sistemlerine meydan okumaktadır. Shor’un algoritması tamsayı çarpanlarına ayırma problemini çözmek için gereken süreyi büyük ölçüde hızlandırmaktadır. Grover’ın kuantum arama algoritması, kadar hızlı olmasa da, şifre çözme anahtarlarının hızını önemli ölçüde artırmaktadır.