Så påverkar kvantdatorer framtidens cybersäkerhet

Kvantdatorer representerar ett paradigmskifte inom datorteknik, med potential att revolutionera allt från läkemedelsutveckling till materialvetenskap. Denna omvälvande teknik bär dock med sig ett allvarligt hot mot dagens cybersäkerhet. Samtidigt som de erbjuder möjligheter till extremt avancerad kryptering, riskerar kvantdatorer att knäcka de krypteringsmetoder som skyddar vår digitala värld idag. Denna artikel utforskar den komplexa relationen mellan kvantdatorer och cybersäkerhet, med fokus på både hoten och de nya möjligheterna.

Kvantmekanikens dubbla ansikte

Kvantdatorer skiljer sig fundamentalt från dagens klassiska datorer. Istället för att använda bitar som representerar antingen 0 eller 1, utnyttjar de kvantbitar, eller qubits.

Tack vare kvantmekaniska fenomen som superposition kan en qubit representera 0, 1, eller en kombination av båda samtidigt. Detta, tillsammans med sammanflätning där qubits blir korrelerade, ger kvantdatorer en enorm beräkningskraft för vissa typer av problem. Fenomenet förklaras i detalj av Microsoft.

Denna förmåga att utföra beräkningar exponentiellt snabbare än klassiska datorer är det som gör kvantdatorer så kraftfulla – och så potentiellt farliga för cybersäkerheten. Mer information finns hos Microsoft (Vad är kvantberäkning?).

Shors algoritm och kryptografins sårbarhet

Redan 1994 visade matematikern Peter Shor att kvantdatorer, i teorin, skulle kunna knäcka många av dagens vanligaste krypteringsmetoder. Hans algoritm, kallad Shors algoritm, visade att en kvantdator skulle kunna faktorisera stora tal exponentiellt snabbare än de bästa kända algoritmerna för klassiska datorer.

Detta är en avgörande insikt för cybersäkerheten, eftersom många kryptosystem, som RSA och ECC (Elliptic Curve Cryptography), bygger just på svårigheten att faktorisera stora tal. Om dessa system knäcks, äventyras säkerheten för allt från digital kommunikation och finansiella transaktioner till statshemligheter.

Kvantdatorernas unika beräkningskraft, baserad på kvantmekaniska principer, utgör ett direkt hot mot de krypteringsmetoder som dagens digitala säkerhet vilar på.

Kvantkapplöpningen och risken för framtida attacker

Även om fullt fungerande, storskaliga kvantdatorer som kan bryta dagens kryptering ännu inte existerar, är hotet tillräckligt reellt för att driva på en global kapplöpning. Forskare och företag världen över investerar enorma summor i att utveckla kvantteknologi.

I Sverige sker detta bland annat genom Wallenberg Centre for Quantum Technology (WACQT). Denna utveckling innebär att det inte längre är en fråga om, utan när, kvantdatorer kommer att kunna knäcka dagens kryptering. Läs mer om svensk kvantforskning hos WACQT (Fascinerande kvantforskning).

En särskilt oroande taktik är “Harvest Now, Decrypt Later” (HNDL). Det innebär att illvilliga aktörer redan idag samlar in stora mängder krypterad data, i förväntan på att kunna dechiffrera den i framtiden med hjälp av kvantdatorer.

Även om datan är säker idag, kan den bli sårbar om några år. Detta understryker vikten av att agera nu för att säkra framtidens digitala infrastruktur.

Det finns misstankar om att HNDL-attacker redan kan ha förekommit, exempelvis i form av BGP-kapningar där nätverkstrafik omdirigerats. Mer information om detta finns hos Palo Alto Networks (What Is Quantum Computing’s Threat to Cybersecurity?).

Den pågående utvecklingen av kvantdatorer, kombinerat med taktiker som “Harvest Now, Decrypt Later”, gör att hotet mot dagens kryptering är högst reellt och kräver omedelbara åtgärder.

Post-kvantkryptografi

Lyckligtvis är forskarvärlden inte passiv inför hotet. En intensiv jakt på post-kvantkryptografi (PQC), även kallad kvantresistent kryptografi, pågår. Målet är att utveckla nya kryptografiska algoritmer som är motståndskraftiga mot attacker från både klassiska och kvantdatorer.

Dessa nya algoritmer bygger på matematiska problem som tros vara svåra även för kvantdatorer, som exempelvis problem baserade på gitterstrukturer, felrättande koder eller lösning av multivariata ekvationssystem.

National Institute of Standards and Technology (NIST) i USA leder detta arbete och har redan publicerat de första standarderna för PQC. Dessa standarder omfattar algoritmer som CRYSTALS-Kyber (för nyckelutbyte och kryptering) och CRYSTALS-Dilithium (för digitala signaturer).

Knowit beskriver i ett blogginlägg dessa algoritmer (Kryptografin från science fiction är här).

Övergången till PQC är dock en komplex process. Organisationer måste inventera sin kryptografiska infrastruktur, planera för migrering, uppdatera protokoll och verktyg, och i vissa fall uppgradera hårdvara. Det handlar om att bygga en krypto-agil infrastruktur som kan anpassas till framtida hot.

Post-kvantkryptografi (PQC) erbjuder en lösning på hotet från kvantdatorer genom att utveckla nya, motståndskraftiga krypteringsalgoritmer. Övergången till PQC är dock en omfattande process som kräver noggrann planering och genomförande.

Kvantkryptering

Parallellt med utvecklingen av PQC utforskas en annan lovande teknik: kvantkryptering, eller mer specifikt kvantnyckeldistribution (QKD).

QKD utnyttjar kvantmekanikens lagar. Varje försök att mäta eller avlyssna kvantinformation stör omedelbart informationen. Detta gör det i teorin omöjligt att avlyssna en QKD-skyddad kommunikationskanal utan att det upptäcks.

QKD kan implementeras med befintlig fiberoptisk infrastruktur, vilket gör det till en potentiellt attraktiv lösning. Detta nämns av Illustrerad Vetenskap (Kvantdatorer hotar RSA-krypteringen).

Även om QKD erbjuder teoretisk säkerhet, finns det praktiska utmaningar. Räckvidden för QKD är för närvarande begränsad, och tekniken kräver specialiserad hårdvara, vilket gör den kostsam att implementera i stor skala.

Kvantnyckeldistribution (QKD) erbjuder en, i teorin, avlyssningssäker kommunikationsmetod, men praktiska och ekonomiska begränsningar återstår att lösa.

Sveriges roll

Sverige är inte en passiv åskådare i denna utveckling. Genom storskaliga initiativ som Wallenberg Centre for Quantum Technology (WACQT), med en finansiering på 1,4 miljarder kronor, satsar Sverige på att bli en ledande nation inom kvantteknologi.

Inom WACQT har Kungliga Tekniska Högskolan (KTH) ett särskilt ansvar för forskning och utveckling inom kvantkommunikation och kryptering.

Denna satsning är strategisk. Genom att bygga kompetens inom både kvantberäkningar och kvantkommunikation, rustar sig Sverige för att både dra nytta av kvantteknologins möjligheter och hantera de potentiella hoten mot cybersäkerheten.

Kvantkryptering förväntas initialt vara en exklusiv lösning för sektorer med extremt höga säkerhetskrav, som banker, försäkringsbolag och försvaret.

Sverige investerar aktivt i kvantteknologi, med särskilt fokus på kvantkommunikation och kryptering, för att möta framtidens cybersäkerhetsutmaningar och dra nytta av de möjligheter som tekniken erbjuder.

En framtid i balans

Kvantdatorer representerar en omvälvande kraft som kommer att påverka cybersäkerheten på djupet. Det är en kapplöpning mellan utvecklingen av kvantdatorer och implementeringen av kvantresistent kryptering.

Men det är också en tid av stora möjligheter. Genom att proaktivt anamma post-kvantkryptografi och utforska kvantkryptering kan vi bygga en säkrare digital framtid.

Det handlar inte bara om att skydda sig mot hot, utan också om att utnyttja kvantteknikens potential för att skapa ännu säkrare kommunikationskanaler och system.

Företag, organisationer och regeringar måste agera nu, investera i forskning och utveckling, och förbereda sig för en framtid där kvantdatorer är en integrerad del av vår digitala verklighet. Det är en framtid som kräver både teknisk expertis och strategisk framsynthet. Kvantmekanikens dubbla ansikte, med både hot och löften, formar vår digitala värld.