šŸ‡§šŸ‡· Boletim Digital: como a computaĆ§Ć£o quĆ¢ntica irĆ” reformular o terreno para a criptografia

(Postado originalmente no Blog Digital Bulletin, traduzido por Joselmo Cabral)

Boletim Digital: como a computaĆ§Ć£o quĆ¢ntica irĆ” reformular o terreno para a criptografia

O Professor Aggelos Kiayias, Cientista Chefe da IOHK, aponta o porquĆŖ da computaĆ§Ć£o quĆ¢ntica ser uma oportunidade e nĆ£o uma ameaƧa para seguranƧa cibernĆ©tica

No final do ano passado, o Google afirmou ter alcanƧado o Santo Graal da ā€œsupremacia quĆ¢nticaā€, a capacidade dos computadores quĆ¢nticos de resolver problemas que estĆ£o alĆ©m dos computadores clĆ”ssicos. A gigante das buscas anunciou que realizou um cĆ”lculo em 200 segundos que o computador clĆ”ssico mais poderoso do mundo levaria um total de 10.000 anos. Isso naturalmente evoca visƵes de um futuro supercĆ©rebro computacional de poder insondĆ”vel capaz de resolver algoritmos criptogrĆ”ficos anteriormente inquebrĆ”veis.

Em teoria, isso deixaria os protocolos de seguranƧa convencionais e atĆ© o blockchain vulnerĆ”veis a ataques quĆ¢nticos. Por exemplo, computadores quĆ¢nticos capazes de realizar cĆ”lculos vastos instantaneamente podem quebrar as assinaturas digitais usadas atualmente e acelerar significativamente os cĆ”lculos de hash criptogrĆ”fico; essas primitivas formam o escudo protetor que protege os protocolos de blockchain, mas tambĆ©m, de vĆ”rias maneiras, a infraestrutura global de tecnologia da informaĆ§Ć£o e comunicaĆ§Ć£o.

HĆ” pouca dĆŗvida de que os computadores quĆ¢nticos irĆ£o remodelar o cenĆ”rio criptogrĆ”fico e potencialmente deixar muitos sistemas criptogrĆ”ficos clĆ”ssicos vulnerĆ”veis a ataques. Para abordar essa sĆ©ria consideraĆ§Ć£o, temos que examinar o uso da criptografia quĆ¢ntica, que, por padrĆ£o, visa combater o ā€œfogo com fogoā€, por assim dizer, e frustrar os adversĆ”rios quĆ¢nticos usando os mesmos meios, ou aprofundar a pesquisa de algoritmos clĆ”ssicos que sĆ£o seguros para a computaĆ§Ć£o quĆ¢ntica.

De maneiras importantes, essas duas abordagens terĆ£o sĆ©rias repercussƵes e apresentarĆ£o uma sĆ©rie de problemas. Para o primeiro, teremos que considerar o impacto de tornar nossa infraestrutura de tecnologia da informaĆ§Ć£o quĆ¢nticamente equipada para essas tarefas, como troca de chaves, por exemplo, para as quais temos equivalentes de criptografia quĆ¢ntica. Para o Ćŗltimo, teremos que entender a seguranƧa de algoritmos novos e amplamente nĆ£o testados, bem como quantificar a penalidade de desempenho que serĆ” incorrida em relaĆ§Ć£o a seus colegas quĆ¢nticos inseguros.

Uma recente descoberta de pesquisa feita por cientistas da City University de Nova York, da Universidade de Princeton, da Universidade de Edimburgo, da NTT Research e da IOHK, uma empresa de engenharia que cria sistemas de blockchain baseados na ciĆŖncia revisada por pares, indicou que pode ser possĆ­vel criar um casamento seguro entre criptografia quĆ¢ntica e clĆ”ssica. Neste trabalho, a equipe descobriu que a criptografia quĆ¢ntica / clĆ”ssica hĆ­brida, que aproveita os benefĆ­cios conjuntos das caracterĆ­sticas clĆ”ssicas e quĆ¢nticas, oferece um caminho para assegurar o blockchain e outros sistemas de computador convencionais.

Uma caracterĆ­stica da mecĆ¢nica quĆ¢ntica que hĆ” muito tempo Ć© considerada uma mina de ouro para aplicaƧƵes criptogrĆ”ficas Ć© a da nĆ£o-clonagem. Esse postulado afirma que Ć© simplesmente impossĆ­vel copiar um estado quĆ¢ntico. No trabalho acima, aproveitamos a nĆ£o-clonagem quĆ¢ntica e alguma criptografia clĆ”ssica quĆ¢ntica segura e sofisticada para criar ā€˜assinaturas Ćŗnicasā€™. Esse esquema de assinatura possui uma chave secreta quĆ¢ntica Ćŗnica, secreta e autodestrutiva que pode ser usada para assinar uma mensagem. A verificaĆ§Ć£o da assinatura, no entanto, pode ser feita de maneira totalmente clĆ”ssica.

Fundamentalmente, esse recurso de computaĆ§Ć£o quĆ¢ntica pode ser aproveitado para aumentar a seguranƧa cibernĆ©tica de sistemas de computaĆ§Ć£o clĆ”ssicos, como blockchains ou sistemas de pagamento on-line, devido Ć  sua capacidade de verificabilidade da computaĆ§Ć£o clĆ”ssica. Dessa maneira, esse sistema mostra como aproveitar os benefĆ­cios da mecĆ¢nica quĆ¢ntica para proteger as transaƧƵes clĆ”ssicas de computadores.

Por exemplo, o dinheiro quĆ¢ntico Ć© uma nova forma de dinheiro imune Ć  falsificaĆ§Ć£o. O uso de assinaturas Ćŗnicas possibilita o envio de dinheiro quĆ¢ntico usando mensagens clĆ”ssicas, com a capacidade de emitir certificados, que Ć© a pedra angular da infraestrutura clĆ”ssica de chave pĆŗblica.

Para cunhar uma nota de banco com um determinado valor, qualquer pessoa simplesmente cria um par de chave pĆŗblica / chave secreta para um esquema de assinatura Ćŗnica e a valida de alguma maneira, por exemplo, em um ambiente sem permissĆ£o, ele pode ser vinculado a um proof-of-work, ou, em um ambiente autorizado, eles podem obtĆŖ-lo certificado por uma autoridade cunhadora. No primeiro caso, a oferta total de dinheiro quĆ¢ntico Ć© controlada pela potĆŖncia computacional disponĆ­vel - no Ćŗltimo caso, Ć© determinada pela autoridade cunhadora. Posteriormente, as transferĆŖncias de dinheiro quĆ¢ntico podem ocorrer em sucessĆ£o, de maneira completamente ponto a ponto, usando apenas a comunicaĆ§Ć£o clĆ”ssica e sem a assistĆŖncia de uma autoridade. Esse esquema quĆ¢ntico de dinheiro tambĆ©m pode ser infinitamente divisĆ­vel, permitindo, em princĆ­pio, que as pessoas usem dinheiro quĆ¢ntico mesmo para ā€˜micro-transaƧƵesā€™, como artigos pay-per-view.

As assinaturas de uso Ćŗnico podem se tornar um alicerce para novos protocolos de criptografia quĆ¢ntica com muitas aplicaƧƵes econĆ“micas promissoras. Por exemplo, assinaturas Ćŗnicas podem permitir que os bancos aproveitem os benefĆ­cios do dinheiro quĆ¢ntico na prevenĆ§Ć£o de fraudes e falsificaƧƵes. O conceito relacionado de ā€˜assinaturas de atrasoā€™, tambĆ©m introduzido no documento, em que o assinante deve esperar um certo perĆ­odo de tempo entre a assinatura das mensagens, poderia ser combinado com o dinheiro quĆ¢ntico para acelerar a taxa em que novas moedas podem ser cunhadas pela autoridade cunhada, impedindo que um emissor nĆ£o confiĆ”vel pague dĆ­vidas imprimindo dinheiro ilimitado.

Esta pesquisa sobre a interseĆ§Ć£o entre criptografia e computaĆ§Ć£o quĆ¢ntica demonstra que a computaĆ§Ć£o quĆ¢ntica poderia ajudar a proteger e nĆ£o ameaƧar os sistemas de computaĆ§Ć£o clĆ”ssicos. Isso torna a ā€œsupremacia quĆ¢nticaā€ menos uma ameaƧa do que uma oportunidade, permitindo que os computadores clĆ”ssicos aproveitem os benefĆ­cios da revoluĆ§Ć£o quĆ¢ntica para proteger nossa infraestrutura de tecnologia da informaĆ§Ć£o e nossa economia.

Longe dos computadores quĆ¢nticos que representam uma ameaƧa para os sistemas clĆ”ssicos de comunicaĆ§Ć£o e criptografia, os sistemas criptogrĆ”ficos hĆ­bridos quĆ¢nticos / clĆ”ssicos podem garantir uma coexistĆŖncia mutuamente benĆ©fica entre os dois.

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