Poiché la crittografia asimmetrica richiede una potenza di calcolo molto maggiore rispetto alla crittografia simmetrica, tende a non essere utilizzata per il traffico di dati effettivo. Il metodo protegge invece il processo di distribuzione delle chiavi per la crittografia simmetrica utilizzata per il traffico del carico utile.
Firewall matematico
Poiché la chiave pubblica viene utilizzata per la crittografia, contiene anche alcune informazioni sul processo di decrittografia. In linea di principio, la chiave privata può essere dedotta dalla chiave pubblica, ma non in un tempo ragionevole. Le chiavi pubbliche utilizzano problemi matematici di difficile soluzione, come la scomposizione in fattori primi o il calcolo di logaritmi discreti.
Dedurre la chiave privata richiederebbe un tempo impossibile. Un computer convenzionale potrebbe aver bisogno di qualche milione di anni - o più - per risolvere tali problemi.
I computer quantistici avanzati cambiano le carte in tavola
Quando si prendono in considerazione i computer quantistici avanzati, la situazione cambia completamente. L'algoritmo di Shor è stato pubblicato nel 1994. Descrive un metodo che accelera in modo significativo la scomposizione in fattori primi e la determinazione di logaritmi discreti. Si tratta di un algoritmo quantistico che richiede un computer quantistico con una potenza di calcolo sufficiente.
Poiché quasi tutti i metodi di crittografia asimmetrica utilizzati oggi si basano su questi due problemi matematici, i computer quantistici avanzati li priverebbero del loro fondamento teorico. Sebbene siano già noti algoritmi quantistici in grado di attaccare direttamente i metodi di crittografia simmetrica, in questo caso chiavi più lunghe possono preservare il livello di protezione. Tuttavia, non è possibile assicurare preventivamente la distribuzione delle chiavi, poiché i metodi di crittografia asimmetrica verrebbero violati.
Gli esperti dell'Ufficio federale tedesco per la sicurezza informatica (BSI) prevedono una probabilità del 20% che i primi computer quantistici siano in grado di violare i metodi di crittografia attualmente sicuri entro il 2030. La pressione per iniziare a crittografare i dati con metodi sicuri dal punto di vista quantistico sta aumentando. Questo aspetto è particolarmente critico per le organizzazioni e le autorità governative che gestiscono grandi quantità di dati sensibili per lunghi periodi di tempo. Avranno bisogno di molto tempo per convertire i dati che gestiscono in una crittografia sicura dal punto di vista quantistico.
PQC e QKD: due metodi con un unico obiettivo
Attualmente disponiamo di due promettenti metodi di crittografia sicura dal punto di vista quantistico. Nella crittografia post-quantistica (PQC), i ricercatori sviluppano speciali algoritmi asimmetrici impossibili
da violare in un tempo ragionevole, anche con un computer quantistico. Alcuni candidati promettenti si basano su diversi problemi matematici, come i reticoli o le funzioni hash crittografiche. Un altro approccio PQC utilizza codici a correzione di errore che un computer quantistico non è in grado di decrittografare in modo efficiente.
Uno dei principali vantaggi della PQC è che si può continuare a utilizzare l'infrastruttura di rete esistente. Tuttavia, rimangono ancora alcune sfide da affrontare. Alcuni promettenti candidati alla PQC sono stati recentemente violati. Inoltre, rispetto ai metodi asimmetrici convenzionali, la PQC presenta problemi di efficienza e di lunghezza della chiave. Molti sforzi di ricerca e sviluppo sono attualmente concentrati su questi temi.
Distribuzione di chiavi quantistiche (QKD)
La distribuzione di chiavi quantistiche ha un approccio completamente diverso. Alcune leggi fondamentali della fisica quantistica vengono utilizzate per generare e distribuire in modo sicuro le chiavi che possono essere utilizzate per la crittografia simmetrica. Invece dei bit convenzionali, le parti comunicanti si scambiano qubit che si basano sugli stati quantici dei singoli fotoni.
