Hilapohjainen kryptografia: Kvanttiturvallisen rahoituksen tiede

Sarjan navigointi: Osa 4/6 Kvanttiturvallisen rahoituksen käsikirja

Turvallisuuden geometria: alkulukujen tuolla puolen

Nykyaikainen digitaalinen rahoitus perustuu tällä hetkellä muutamien tiettyjen matemaattisten ongelmien vaikeuteen. Järjestelmät, kuten RSA, perustuvat siihen tosiasiaan, että vaikka kahden suuren alkuluvun kertominen on helppoa, klassisen tietokoneen on lähes mahdotonta tehdä päinvastaista ja löytää nämä alkuluvut tulon perusteella. Kuten kuitenkin todetaan Kvanttiriskiopaskvanttialgoritmit voivat kiertää tämän vaikeuden kokonaan.

Turvatakseen globaalin vaurauden tulevaisuuden kryptografinen yhteisö on siirtynyt kohti hilapohjaista kryptografiaa. Numeerisen tekijöihinjaon sijaan tässä menetelmässä käytetään geometriaa. Hila on pisteiden muodostama ruudukko moniulotteisessa avaruudessa. Vaikka paperilla olevassa ruudukossa on helppo navigoida kahdessa ulottuvuudessa, turvallisuuden takaamiseksi käytetyt hilat ovat olemassa sadoissa ulottuvuuksissa. Tämä luo matemaattisen sokkelon, jota on eksponentiaalisesti vaikeampi ratkaista.

Lyhyimmän vektorin ongelma (SVP)

NIST-standardien turvallisuus, jota käsitellään julkaisussa Osa 1: NIST-standardit on johdettu lyhimmän vektorin ongelmasta. Tässä skenaariossa käyttäjälle annetaan korkeaulotteinen hila ja häntä pyydetään löytämään piste, joka on lähimpänä origoa (nollaa). Vaikka tämä kuulostaa yksinkertaiselta, ulottuvuuksien määrän kasvaessa mahdollisten polkujen määrä kasvaa niin suureksi, että edes tehokkaimmilla kvanttitietokoneilla ei ole tehokasta tapaa löytää vastausta.

Hilapohjaisessa järjestelmässä yksityinen avain on pohjimmiltaan kartta, jonka avulla käyttäjä voi helposti navigoida tässä monimutkaisessa ruudukossa. Julkinen avain, jonka kaikki muut näkevät, on joukko koordinaatteja, jotka näyttävät hajallaan olevilta ja epäjärjestyksessä olevilta. Ilman karttaa hyökkääjän on turvauduttava raa'alla voimalla tehtävään hakuun, jonka suorittaminen kestäisi kauemmin kuin maailmankaikkeuden ikä.

Oppiminen virheiden kautta (LWE)

Hilapohjaisen tietoturvan toissijainen pilari on virheiden kanssa oppimisen (LWE) ongelma. Tässä ongelmassa ratkaistaan ​​sarja lineaarisia yhtälöitä, joihin on tarkoituksella lisätty pieni määrä "kohinaa" tai virheitä. Klassisella tai kvanttitietokoneella tämä kohina tekee mahdottomaksi työskennellä taaksepäin ja löytää alkuperäiset muuttujat ilman salaista avainta.

LWE on ML-KEM:n, yleisen salausstandardin, taustalla oleva erityinen moottori. Sen kyky tarjota vankkaa turvallisuutta ja samalla ylläpitää suhteellisen pieniä avainkokoja tekee siitä ihanteellisen valinnan pankkijärjestelmien käsittelemälle suurelle tietoliikenteelle, jota tutkitaan tässä artikkelissa. Osa 2: Kvanttiturvallinen pankkitoimintaSen avulla IBM:n kaltaiset instituutiot voivat tarjota kvanttiturvallisen ympäristön yritysasiakkailleen.

Edistynyt apuohjelma: Täysin homomorfinen salaus

Yksi hilapohjaisen matematiikan lupaavimmista puolista on se, että se mahdollistaa täydellisen homomorfisen salauksen (FHE). Perinteisesti minkä tahansa salatun datan laskennan suorittaminen – kuten pankki voi analysoida asiakkaan kulutustottumuksia – data on ensin purettava, mikä luo haavoittuvuusikkunan.

FHE mahdollistaa matemaattisten operaatioiden suorittamisen suoraan salatulle datalle. Lopullisen salauksen purkamisen jälkeen tulos on sama kuin jos operaatio olisi suoritettu alkuperäiselle tekstille. Finanssialalla tämä mahdollistaa uuden aikakauden yksityisyyttä suojaavassa tekoälyssä ja data-analyysissä. Se varmistaa, että arkaluonteiset taloustiedot pysyvät suojattuina, vaikka niitä käytettäisiin oivallusten luomiseen tai tarkastusten suorittamiseen.

Kompromissi: Suorituskyky vs. suojaus

Ensisijainen haaste siirtymisessä alkuluvuista hila-ajoihin on datan koko. Hila-pohjaiset avaimet ja allekirjoitukset ovat huomattavasti suurempia kuin nykyään käytettävät. Tämä vaatii enemmän tallennustilaa ja suurempaa kaistanleveyttä tiedonsiirtoon. Globaalin verkon kannalta tämä tarkoittaa, että digitaalisen talouden "putkia" on päivitettävä.

Pilvipalveluiden tietoturvaan ja tiedonsiirtoon erikoistuneet yritykset ovat tämän siirtymän hallinnan eturintamassa. Optimoimalla näiden suurempien avainten käsittelyä ne varmistavat, että siirtyminen kvanttiturvalliseen standardiin ei vaaranna globaalin rahoitusjärjestelmän nopeutta. Tämä infrastruktuuripäivitys on keskeinen osa usean vuosikymmenen mittaista supersykliä, josta keskustellaan julkaisussa Quantum-Safe-rahoituskeskus.

Katso, miten tätä matematiikkaa sovelletaan digitaalisten omaisuuserien nopeasti kasvavien markkinoiden turvaamiseen Osa 5: Ledgerin päivittäminen: Kvanttiresistentit RWA-alustat.

Yhteenveto

Hilapohjainen kryptografia on enemmän kuin vain nykyisten standardien korvaaja; se on perustavanlaatuinen parannus digitaalisen tiedon suojaamiseen. Perustamalla turvallisuuden geometrisiin ongelmiin, jotka kestävät kvanttianalyysiä, se tarjoaa pysyvän suojan digitaaliselle taloudelle. Kun tästä matematiikasta tulee maailmanlaajuinen standardi, se varmistaa, että digitaalinen varallisuus pysyy turvassa riippumatta siitä, kuinka paljon laskentatehoa sitä vastaan ​​hyökätään.