I recenti progressi nei computer quantistici potrebbero presto consentire agli hacker di accedere a macchine abbastanza potenti da decifrare anche i codici di sicurezza Internet standard più difficili. Con questi codici rotti, tutti i nostri dati online, dalle cartelle cliniche alle transazioni bancarie, potrebbero essere vulnerabili agli attacchi.

Per combattere contro la minaccia futura, i ricercatori stanno esercitando le stesse strane proprietà che spingono i computer quantistici a creare forme di crittografia dei dati quantistici teoricamente a prova di hacker.

E adesso, queste tecniche di crittografia quantistica potrebbero essere un passo avanti verso l'uso su larga scala grazie a un nuovo sistema sviluppato dagli scienziati della Duke University, La Ohio State University e l'Oak Ridge National Laboratory. Il loro sistema è in grado di creare e distribuire codici di crittografia a velocità di megabit al secondo, che è da cinque a 10 volte più veloce dei metodi esistenti e alla pari con le attuali velocità di Internet quando si eseguono più sistemi in parallelo.

I ricercatori dimostrano che la tecnica è al sicuro da attacchi comuni, anche di fronte a difetti dell'attrezzatura che potrebbero aprire perdite.

"È probabile che ora avremo un computer quantistico funzionante che potrebbe essere in grado di iniziare a violare i codici crittografici esistenti nel prossimo futuro, " ha detto Daniel Gauthier, professore di fisica alla Ohio State University. "Dobbiamo davvero pensare bene ora a diverse tecniche che potremmo usare per cercare di proteggere Internet".

I risultati appaiono online il 24 novembre in Progressi scientifici .

A un hacker, i nostri acquisti on line, le transazioni bancarie e le cartelle cliniche sembrano tutte incomprensibili a causa di cifre chiamate chiavi di crittografia. Le informazioni personali inviate sul Web vengono prima codificate utilizzando una di queste chiavi, e poi decodificato dal ricevitore utilizzando la stessa chiave.

Perché questo sistema funzioni, entrambe le parti devono avere accesso alla stessa chiave, e deve essere tenuto segreto. La distribuzione delle chiavi quantistiche (QKD) sfrutta una delle proprietà fondamentali della meccanica quantistica - la misurazione di minuscoli frammenti di materia come elettroni o fotoni ne modifica automaticamente le proprietà - per scambiare le chiavi in ​​modo da avvisare immediatamente entrambe le parti dell'esistenza di una violazione della sicurezza .

Sebbene QKD sia stato teorizzato per la prima volta nel 1984 e implementato poco dopo, le tecnologie per supportare il suo uso su larga scala sono solo ora disponibili. Le aziende in Europa ora vendono sistemi basati su laser per QKD, e in un evento molto pubblicizzato la scorsa estate, La Cina ha utilizzato un satellite per inviare una chiave quantistica a due stazioni terrestri situate a 1200 km di distanza.

Il problema con molti di questi sistemi, disse Nurul Taimur Islam, uno studente laureato in fisica alla Duke, è che possono trasmettere le chiavi solo a velocità relativamente basse, tra decine e centinaia di kilobit al secondo, che sono troppo lente per la maggior parte degli usi pratici su Internet.

"A queste tariffe, i sistemi di crittografia a sicurezza quantistica non possono supportare alcune attività quotidiane di base, come ospitare una telefonata criptata o un video streaming, "ha detto l'Islam.

Come molti sistemi QKD, Il trasmettitore chiave dell'Islam utilizza un laser indebolito per codificare le informazioni sui singoli fotoni di luce. Ma hanno trovato un modo per impacchettare più informazioni su ogni fotone, rendendo la loro tecnica più veloce.

Regolando il momento in cui il fotone viene rilasciato, e una proprietà del fotone chiamata fase, il loro sistema può codificare due bit di informazione per fotone invece di uno. questo trucco, abbinato a rilevatori ad alta velocità sviluppati da Clinton Cahall, studente laureato in ingegneria elettrica e informatica, e Jungsang Kim, professore di ingegneria elettrica e informatica alla Duke, consente al loro sistema di trasmettere le chiavi da cinque a dieci volte più velocemente rispetto ad altri metodi.

"Stava cambiando queste proprietà aggiuntive del fotone che ci ha permesso di quasi raddoppiare la velocità di chiave sicura che saremmo stati in grado di ottenere se non l'avessimo fatto, " disse Gauthier, che ha iniziato il lavoro come professore di fisica alla Duke prima di trasferirsi all'OSU.

In un mondo perfetto, QKD sarebbe perfettamente sicuro. Qualsiasi tentativo di hackerare uno scambio di chiavi lascerebbe errori sulla trasmissione che potrebbero essere facilmente individuati dal destinatario. Ma le implementazioni reali di QKD richiedono attrezzature imperfette, e queste imperfezioni aprono falle che gli hacker possono sfruttare.

I ricercatori hanno caratterizzato con attenzione i limiti di ogni apparecchiatura utilizzata. Hanno poi lavorato con Charles Lim, attualmente professore di ingegneria elettrica e informatica presso la National University of Singapore, incorporare questi difetti sperimentali nella teoria.

"Volevamo identificare ogni difetto sperimentale nel sistema, e includi questi difetti nella teoria in modo da poter garantire che il nostro sistema sia sicuro e che non vi siano potenziali attacchi dal canale laterale, "ha detto l'Islam.

Sebbene il loro trasmettitore richieda alcune parti speciali, tutti i componenti sono attualmente disponibili in commercio. Le chiavi di crittografia codificate in fotoni di luce possono essere inviate su linee di fibre ottiche esistenti che si nascondono sotto le città, rendendo relativamente semplice l'integrazione del loro trasmettitore e ricevitore nell'attuale infrastruttura Internet.

"Tutta questa attrezzatura, a parte i rivelatori a singolo fotone, esistono nel settore delle telecomunicazioni, e con un po' di ingegneria potremmo probabilmente inserire l'intero trasmettitore e ricevitore in una scatola grande quanto la CPU di un computer, "ha detto l'Islam.