Jak łatwo złamać lekkie szyfry, czyli o bezpieczeństwie internetu rzeczy

Współczesne komputery kwantowe nie dadzą rady złamać wszystkich obecnie używanych klasycznych algorytmów klucza publicznego, niemniej postęp w budowie tych maszyn jest błyskawiczny. Kiedy powstanie komputer kwantowy specjalnego przeznaczenia, wykorzystujący wyżarzanie kwantowe?

Cottonbro Studio/ Pexels

Na całym świecie bada się wykorzystanie komputerów kwantowych do ataków na szyfry symetryczne. Tak zwane lekkie szyfry to algorytmy kryptograficzne opracowano w celu zabezpieczenia danych przesyłanych z urządzeń podłączonych do internetu (IoT). Kapitan mgr inż. Elżbieta Burek i mjr dr inż. Michał Wroński z Wydziału Cybernetyki Wojskowej Akademii Technicznej poszukiwali odpowiedzi na pytanie „Czy do ataków na szyfry lekkie wykorzystywane w IoT można wykorzystać wyżarzanie kwantowe?”. Po wcześniejszych badaniach nad zastosowaniem wyżarzania kwantowego do ataków algebraicznych na szyfr AES naukowcy skupili się na lekkich algorytmach blokowych. Warszawscy kryptolodzy wzięli pod lupę szyfr Speck, opracowany w 2013 roku przez amerykańską National Security Agency, którego struktura jest zupełnie inna niż struktura szyfru AES. Wyniki swoich badań polscy kryptolodzy przedstawili na konferencji International Conference on Computational Science 2022 (artykuł w tomie pokoferencyjnym „Quantum annealing and algebraic attack on Speck cipher”). Przenalizowali strukturę szyfru Speck oraz możliwości opisania go za pomocą układu równań wielomianowych wielu zmiennych w taki sposób, aby docelowy problem, rozwiązywany za pomocą wyżarzania kwantowego, był jak najmniejszy. „Powszechnie znanym algorytmem kwantowym, który może zostać wykorzystany do kryptoanalizy szyfrów symetrycznych, jest algorytm Grovera. Atak za pomocą algorytmu Grovera polega na pełnym przeszukiwaniu, przy wykorzystaniu kwantowej implementacji danego szyfru. Istnienie tego ataku zmniejsza bezpieczeństwo szyfrów symetrycznych” – tłumaczą autorzy publikacji. Wyjaśniają, że atak ten jest przeznaczony dla komputerów kwantowych ogólnego przeznaczenia. Obecnie komputery takie dysponują zbyt małą liczbą zasobów do przeprowadzenia tego ataku. Dlatego coraz większe zainteresowanie zyskuje komputer kwantowy specjalnego przeznaczenia, który wykorzystuje wyżarzanie kwantowe i którego zasoby są znacznie większe. Głównym zastosowanym w artykule pomysłem była zmiana zakresu rundy w stosunku do rundy opisanej w oficjalnej dokumentacji. Dzięki takiemu podejściu uzyskane problemy dla szyfru Speck są nawet o połowę mniejsze niż problemy dla szyfru AES o takiej samej długości klucza. Oznacza to, że ataki algebraiczne z wykorzystaniem wyżarzania kwantowego na szyfr Speck powinny być znacznie wydajniejsze niż w przypadku szyfru AES.

Złożoność obliczeniowa rozwiązywania problemów za pomocą wyżarzania kwantowego nie została jeszcze w pełni zbadana i potrzebna jest znacznie większa liczba badań w tej dziedzinie. Mimo to istnieją pewne oszacowania, oparte na metodach heurystycznych, według których można wyznaczyć czas rozwiązania problemu z wykorzystaniem wyżarzania kwantowego. Przyjmując tak uzyskaną złożoność, atak algebraiczny z wykorzystaniem wyżarzania kwantowego może być skutecznym atakiem na 31 z 34 rund szyfru Speck128/256. Wynik ten jest lepszy niż najlepszy znany atak klasyczny na ten wariant szyfru Speck.

Zobacz również:

  • Czy komputery kwantowe zrewolucjonizują kryptografię?
  • Czy smartwatche mogą być zagrożeniem dla cyberbezpieczeństwa?
  • Smart piekarnik odwiedza co 5 minut strony internetowe w Chinach i Rosji

Otrzymane wyniki mogą prowadzić do alternatywnych metod kwantowych, wykorzystywanych do ataków na szyfry kryptografii symetrycznej.

Oprac. na podstawie WAT

W celu komercyjnej reprodukcji treści Computerworld należy zakupić licencję. Skontaktuj się z naszym partnerem, YGS Group, pod adresem [email protected]

TOP 200