Стремительный прогресс квантовых вычислений представляет собой существенную угрозу для существующих криптографических систем, требуя применения постквантовых криптографических методов, способных противостоять хакерским атакам и попыткам взлома защиты. Постквантовая криптография (PQC) стала основным средством защиты от уязвимостей, которые крупномасштабные квантовые вычисления привносят в традиционные системы безопасности передачи данных. Ожидается, что классические схемы с открытым ключом, такие как RSA и криптография эллиптических кривых (ECC), будут взломаны после доступа злоумышленников к квантовым технологиям, что делает проактивную миграцию на новые криптографические технологии необходимостью. Под злоумышленниками можно понимать не только частные преступные сообщества или персоналии, но и многие государственные структуры многих стран. Хотя практические квантовые компьютеры всё ещё находятся в стадии разработки, правительства, агентства по стандартизации и все заинтересованные стороны отрасли уже работают над стратегиями перехода для защиты конфиденциальной информации и важной инфраструктуры в долгосрочной перспективе. Особенно это касается таких критических объектов цифровой поддержки, как центры обработки данных, распределение электроэнергии и управление системами жизнеобеспечения)
Преимущество новых разработок обеспечивает возможность выполнения любого из современных алгоритмов, которые являются вычислительно эффективными на критически важных этапах, но требующих больших затрат, в большинстве широко распространённых криптографических инфраструктур, используемых в настоящее время. Например, для преобразования больших целых чисел в простые множители и вычисления дискретных логарифмов. Новая разновидность компьютерных систем способна решать эти задачи за полиномиальное время, в то время, как классическим компьютерам требуется экспоненциальное время, значительно снижает безопасность любых современных стандартизированных криптографических систем и, следовательно, представляет значительный риск для всех данных, зашифрованных с помощью этих схем.
Ощущение срочности усиливается сценарием «собрать сейчас, расшифровать позже», когда определённые силы (люди и целые организации) перехватывают и сохраняют зашифрованные данные сегодня с намерением расшифровать их, когда возможности станут более зрелыми. Эта смена парадигмы заставляет переосмыслить саму основу цифрового доверия и предвидеть будущее, в котором долгосрочная конфиденциальность должна быть гарантирована даже перед лицом будущих вычислительных достижений. Такие критически важные секторы, как оборона, финансы и здравоохранение, особенно уязвимы, поскольку раскрытие архивных данных может иметь необратимые последствия для национальной безопасности, коммерческих фирм, организаций и простых людей.
Национальный институт стандартов и технологий (NIST) в 2016 году запустил свою инициативу по стандартизации постквантовой криптографии, что стало одним из самых масштабных совместных усилий в современной истории шифрования данных. В ходе нескольких раундов общественной оценки, рецензирования и международного сотрудничества NIST тщательно оценил алгоритмическую производительность, криптоаналитическую стойкость и эффективность реализации. Процесс завершился официальным утверждением трёх алгоритмов (например, CRYSTALS-Kyber, CRYSTALS-Dilithium и SPHINCS+) в качестве признанных для разработки стандартов обработки информации. Эти алгоритмы в совокупности представляют собой кульминацию многолетних исследований в данной области, обеспечивая высокую устойчивость как к классическим, так и к квантовым атакам. Но полной уверенности пока всё-таки ни у кого в этом нет.
Наряду с искусственным интеллектом, криптографические алгоритмы также являются важной областью исследований, поскольку могут существенно влиять на функционирование и построение моделей на стыке кибербезопасности и квантовых вычислений, что выявляет растущую потребность в противодействии квантовым атакам. Новизна этих грядущих высокоскоростных вычислений представляет собой серьёзную угрозу для всех классических подходов, используемых для обеспечения целостности сетей блокчейн, что означает отказ от традиционных симметричных криптографических алгоритмов. В то время как блокчейн всё больше проникает в такие области, как здравоохранение, финансы и управление цепочками поставок, квантовая устойчивость становится критически важной.
Сейчас необходимо уделять внимание и другому вопросу, а именно масштабируемости и эффективности, а также устойчивости сетей блокчейна (как системы) и её способности предотвращать возможные будущие угрозы. Новые технологии подчёркивают важность использования квантово-устойчивых криптографических протоколов и алгоритмов цифровой подписи во всех смарт-контрактах (чейнкодах), используемых в этих системах. Кроме того, новая квантовая угроза ставит под угрозу всю рыночную капитализацию криптовалют. Как только квантовые компьютеры смогут взломать подписи ECDSA, каждая транзакция станет уязвимой для перехвата и кражи. Как только квантовые компьютеры достигают достаточной скорости обработки, каждая транзакция Bitcoin становится уязвимой в течение примерно 10-минутного окна, когда открытые ключи публикуются в мемпуле перед майнингом. Это означает, что квантовому риску подвергается вся рыночная капитализация Bitcoin, а не только монеты с заранее раскрытыми ключами. Без квантово-устойчивых подписей вся сеть Bitcoin теряет свою основу безопасности.
Осознавая, что защита более широкого рынка криптовалют требует скоординированных действий, сообщество разработчиков за последнее десятилетие пытается решить фундаментальные инженерные задачи по интеграции постквантовой криптографии в архитектуру криптовалют, сохранив при этом базовые механизмы, которые делают этот способ финансовых операций надёжным средством оплат и сбережения средств. Для этого в будущем планируется полная замена уязвимых подписей ECDSA на ML-DSA, стандартизированный FIPS 204 (ранее Dilithium), обеспечивающий 128-битную постквантовую безопасность. Так же ведётся разработка инструментов и передовых методов для перевода триллионов цифровых активов в квантово-безопасные архитектуры до появления нового поколения компьютеров.
В отличие от других сложных технологий, таких как искусственный интеллект или виртуальная реальность, квантовые вычисления часто остаются загадкой для широкой публики, и их глубокое понимание доступно только экспертам в этой области. Ещё одной опасностью и одновременно ключевым преимуществом квантового зондирования является его способность собирать только качественные данные, устраняя «шумы» в источнике, а не фильтруя его впоследствии. Эта точность лежит в основе как сдерживания, так и устойчивости систем, применяемых в космической отрасли и оборонных задачах. Ожидается, что квантовые вычисления будут выполнять задачи, которые в настоящее время недоступны классическим системам, благодаря использованию специализированных аппаратных и программных стеков. Компании по всему миру работают над тем, чтобы сделать эту мощную технологию более доступной и практичной, но безопасной.