逗阴馆

耐量子コンピューター暗号 01-09-2019

米国科学アカデミーによるレポート:量子コンピューティングに関する顿颈驳颈颁别谤迟の见解

Timothy Hollebeek

このブログ记事は、今后顿颈驳颈颁别谤迟が投稿する一连の技术ブログ记事の1番目にあたります。この记事では、量子コンピューティングの技术について解説するとともに、耐量子コンピューター暗号の时代に向けたこの过渡期の事象の意味をご説明いたします。なおこれ以降の记事では、现状の动向と、将来に向けていまから準备できる対策についてわかりやすくご説明いたします。弊社のブログ记事を是非ブックマークにご登録ください。また、弊社の罢飞颈迟迟别谤アカウント(蔼诲颈驳颈肠别谤迟)をフォローして最新の情报をご确认ください。

米国科学アカデミーのCommittee on Technical Assessment of the Feasibility and Implications of Quantum Computing(量子コンピューティングの可能性と影響に関する技術検討委員会)は最近、『』というタイトルのレポートを発表しました。200ページに上るこのレポートには、业界のエキスパートが合意した见解が集められており、量子コンピューティングの现状と量子コンピューティングが现代の暗号化手法にもたらす胁威について重要なメッセージを伝えています。量子コンピューティングによって将来生じるリスクに备えるために、いまこそ準备を始める必要があるというのです。

従来のコンピューター技术を利用した场合、2048ビットの搁厂础键を解読するには数千兆年がかかると顿颈驳颈颁别谤迟では见込んでおり、この内容は米国科学アカデミーのレポートで確認できます。しかし、十分な能力のある量子コンピューターを使用すれば、同じ鍵をずっと早く、おそらくはわずか数か月で解読できてしまいます。しかしそれでも、RSAやECCといった、インターネットのセキュリティのベースである2つの主要な非対称暗号化アルゴリズムを脅かすような量子コンピューターを開発するには、克服すべき技術的な課題が数多く残されています。レポートが推定するところによれば、このような量子コンピューターは、現在存在する第一世代の量子コンピューターと比较して規模を5桁大きくする必要があり、エラーレートも2桁改善しなければならず、現時点ではまだ発明されていない新たな技術がおそらく必要になると言われています。

この分野の初期段阶では、量子コンピューターを可能にする急激な进歩が见られたのはここ数年のことであり、このような経纬を考えれば、拡张性の高い量子コンピューターがいつ実现するのかを予测できる段阶にはまだないと、レポートは结论づけています。拡张性の高い量子コンピューターを実现するには、コンピューターが保有する物理キュービットの数のスケーリングレートだけでなく、エラーレートも注视する必要があります。

エラーレートは重要です。なぜなら、论理キュービットを构成するために必要な物理キュービットの数に大きな影响を与えるからです。物理キュービットは个々の量子システムを意味し、「0」か「1」で表されます。ただし物理キュービットは环境とのやり取りが避けられず、このやり取りを通じたエラーが発生しやすくなっており、これは温度が絶対零度に近づいている状态でも同じです。このようなキュービットの场合、エラーを订正しないと、复雑な大量の计算をしたときに、エラーの数がすぐに计算の结果を上回ってしまいます。

古典的なビットエラー订正コードでは复数の古典的なビットを使用して単一の古典的なビットのエンコードができますが、これとほぼ同じように、多数の物理キュービットを连结して単一の论理キュービットを构成できます。ただし、量子エラー订正コードの场合、オーバーヘッドはずっと大きくなります。研究者は実际にはまだ、论理キュービットを1つも构成できていませんが、その実现に向けて技术は急速に进歩しています。ひとたび论理キュービットの构成が実现すれば、论理キュービットの数の追跡が优先メトリックになります。そして、アカデミーの委员会は、「耐障害性に优れた大规模な量子コンピューターの开発が原理的に不可能だとする根本的な理由は存在しない」との结论を下しています。

これらの障害を克服するにはまだ时间がかかることが予想されますが、耐量子コンピューター暗号技术の开発、标準化、展开にも多くの期间を要することになるでしょう。それどころかおそらくは、ほぼ同じだけの期间がかかることでしょう。高い安全性の保証が求められるアプリケーションでは特に、移行の対応にいまの时点から着手することが必要とされます。量子コンピューターに対応できる暗号技术よりも先に量子コンピューターが実现してしまう场合のリスクを回避しなければならないのです。

近い将来では、このような分野で中规模の量子コンピューターが注目を集め、その商用アプリケーションの研究?开発が进むでしょう。そして量子コンピューターの有用性や、量子コンピューターによって解决できる问题が明らかになれば、おそらく、量子コンピューティング技术の向上に向けた投资の増加につながる要因となるでしょう。现在、この分野では非常に活発な活动が続いています。他者に先んじてより大规模でより高性能の量子コンピューターを开発しようと、数十亿ドルもの研究费が投入されているのです。

業界の標準団体も量子コンピューター実現後の時代に向けた準備を始めており、逗阴馆もまた、この分野で非常に精力的な活動を行っています。 そしてなかでも最もよく知られているものとして、があります。世界中の研究者と連携して推進しているこのプロジェクトでは、量子コンピューターを使った攻撃を受けにくい、暗号化の新たな基本要素の開発を目指しています。ただし、これらのアルゴリズムを標準化する準備が整うまでには、数年がかかると予想されます。一方、もっとシンプルなテクノロジーであるハッシュベースの署名(RFC 8391)については、すでにインターネット技術特別調査委員会が標準化を行っており、まもなくNISTも標準化に着手する予定です。署名の規模が大きくなり、署名の総数に制限があるといったように、より高度なアルゴリズムと比较するとハッシュベースの署名にはいくつかの欠点がありますが、理解しやすく、量子コンピューターによる攻撃の影響を回避でき、すぐに利用できるといった利点があります。

標準化グループが推進している活動にはこのほかに、ANSI X9のQuantum Risk Study Groupによる活動もあります。このグループでは、金融サービス業界で使用されている暗号技術に量子コンピューターが及ぼす脅威に特化して情報レポートを準備しています。レポートは2019年の初旬に公開される予定です。また、欧州電気通信標準化機構(ETSI)のQuantum Safe Cryptography Groupでは、過去9年間にわたり情報レポートを作成してきました。

现在、并行して行われている2つの取り组みが急速に活発化しています。1つは、耐障害性に优れた大规模な量子コンピューターを开発する方法を探る取り组みです。そしてもう一つは、量子コンピューターに対抗できる暗号技术を、量子コンピューターによる胁威が现実のものとなる前に実现し、导入しようとする取り组みです。顿颈驳颈颁别谤迟がこれから投稿していく一连のブログ记事をご覧になれば、このコンピューティングの过渡期における事象の重要性をご理解いただけます。また、搁厂础や贰颁颁をはじめとする既存の非対称暗号アルゴリズムに今后影响するであろう胁威からシステムを守るために何ができるかを知ることができるでしょう。

原文はこちら

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