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耐量子コンピューター暗号 (PQC) 04-18-2024

Q-Day が予想以上に早く訪れる理由

mike-fleck
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量子コンピュータは、地球にとって素晴らしい可能性を秘めています。と同时に、インターネットの基盘となるセキュリティを胁かす力も持っています。

量子コンピュータの话题を追っている人なら、おそらく「蚕-顿补测」について闻いたことがあるでしょう。いつとは确定していないものの必ず访れる日、私たちが现在インターネットや多くのデジタルプロセスの安全性を依存している暗号化アルゴリズムを量子コンピュータが破る能力を获得する日のことです。

私は、この言叶を再定义することを提案します。量子コンピュータのリスクに备えるために必要な暗号化の俊敏性について、组织が强い関心を持つべき瞬间という意味です。

その瞬间は、今です。

量子が破ろうとしているアルゴリズム

HTTPS の「厂」(ブラウザ上では南京锭で示される)は、罢尝厂(Transport Layer Security)と呼ばれる暗号化プロトコルによって提供されています。TLS で使われているのは、非対称暗号と呼ばれる暗号化方式です。つまりデータを暗号化して电子署名を検証する公開鍵と、データを復号して电子署名を生成する秘密鍵という一対の键ペアを用いる方式であり、现在最も一般的な非対称アルゴリズムが、RSA と ECC です。

クレジットカード情報や納税者 ID をウェブサイトで入力するときなどに、私たちはネットワーク通信を保護するために非対称暗号を利用しています。また、全世界のクラウドやデータセンターで巨大なデータベースを保護するときに使用されるような、他の暗号化キー(キーのカプセル化)を保護するためにも非対称暗号を使用します。簡単に言えば、非対称暗号は現在、ほぼあらゆるものを保護しているということです。

非対称暗号は复雑な数学(大きな素数)を利用するため、现在のスーパーコンピュータでも解くのはきわめて困难です。ところが、量子コンピュータは复雑な数学の问题を解くことを得意としています。そしてある时点で、量子コンピュータは非対称暗号という复雑な数学の问题を短时间で解けるくらい十分な処理能力を持つようになるでしょう

(非対称暗号について詳しくは、インターネットで "ボブとアリス"を検索してみてください。冗談ではありません)。

问题は「いつ」ではなく「いかにして」

このような変化がいつ起こるか正确には谁にもわかりませんが、「いつ」は问题ではありません。私たちが心配しなければならない、しかもかなり本気で心配しなければならないのは、全システムを量子安全な状态にアップデートするのに、どのくらい时间がかかるかということです。

繰り返しますが、全システムです。私たちが日々使っている システムです。

医療記録や ガスポンプ。ATM、公共事業、軍用通信もです。

といっても、RSA 暗号を使用して保护されてきたものがすべて今すぐに、あるいは同时に危険にさらされるという意味ではありません。そうではなく、どんな秘密键でも短时间で(数日ではなく数时间と考えてください)导き出せるため、攻撃者はいつでも好きなときに、その秘密键で保护されている対象をたやすく偽造?悪用できるようになるということです。

新しい PQC アルゴリズムが量子安全を実現

RSA と ECC はきわめて広い用途に使われています。情報の暗号化と復号にも、メッセージの真正性を検証する电子署名の生成にも利用されています。現在の耐量子コンピュータ暗号(笔蚕颁)アルゴリズムはそうではありません。つまり、ユースケースが异なれば别のアルゴリズムが必要になるということです。

現在、28 の PQC アルゴリズムが開発中であり、そのうち次の 4 つを NIST が标準として提案しています。

  • Crystals-Kyber: 暗号鍵のカプセル化用。
  • Crystals-Dilithium: 电子署名用。
  • SPHINCS+: 电子署名用。
  • FALCON: 电子署名用。

たとえばコンピュータ資源については、RSA 2028 で作成される电子署名が 256 ビットなのに対して、SPHINCS+で作成される电子署名は 17 キロバイト(66 倍)です。

NIST が 3 つの电子署名アルゴリズムの標準化を検討していることはご存じかもしません。それぞれ、ユースケースごとに役に立つ明確な利点があります。Dilithium は、IoT デバイスのようにリソース上の制約がある環境に適しています。SPHINCS+ は、容量が限られている場合に小さい鍵を使用しますが、上で示したように生成される署名のサイズは大きくなります。FALCON は高速な署名検証を実現するため、高性能のトランザクション処理に最適です。

今日からすぐにできる対策

量子コンピュータへの対応は、1 日で達成できるものではありませんし、一度で終わるものでもありません。最も保護の進んだ組織なら、暗号化の俊敏性に対応し、システムのインフラを中断することなく、古くなった暗号资产を交换できそうです。

暗号化の俊敏性を実现する手始めの手顺は、以下のとおりです。

暗号化の俊敏性における「俊敏性」の実现

世界のサイバーセキュリティインフラの量子安全化は、一朝一夕にはいきません。おそらく試行錯誤も何度か必要です。PQC は何年も前から開発されていますが、実用を承認された最初のバージョンは、時の試練に耐えられないかもしれません。

しかも、PQC のアルゴリズムは、現在使われている同種のアルゴリズムの代替にはなりません。サポートの必要なアルゴリズムは増え、鍵のサイズとその結果として得られる暗号文(暗号化されたデータ)には、現在のアルゴリズムよりも大量のコンピュータリソースが必要になります。

Q-Day は今日だけではありません。これからの毎日が Q-Day といえます。だからこそ、真の最終目標は暗号化の俊敏性なのであり、「俊敏性」が強調されているのです。量子コンピュータへの真の対応とは、変化に速やかに適応できるように備えることであり、ビジネスに大きな混乱をもたらすことなく適応できるセキュリティソリューションを导入することです。

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