Informatica quantistica e sicurezza informatica: Un'arma a doppio taglio

La tecnologia quantistica si basa sulle strane regole della fisica quantistica, che governano il comportamento delle particelle più piccole in natura, come atomi, fotoni ed elettroni. Queste particelle possono fare cose che sembrano impossibili o paradossali per la nostra intuizione quotidiana, come trovarsi in due luoghi contemporaneamente o influenzarsi istantaneamente su lunghe distanze.

La tecnologia quantistica sfrutta questi fenomeni per creare dispositivi in grado di svolgere compiti che sono al di là della portata della tecnologia classica, come la generazione di numeri veramente casuali, la crittografia di dati con una sicurezza infrangibile o la risoluzione di problemi che richiederebbero miliardi di anni a un normale computer.
Date queste "capacità", le applicazioni potrebbero essere infinite. Voglio dire, pensateci. Quanto sarebbe bello poter influenzare istantaneamente un oggetto a migliaia di chilometri di distanza?

Per quanto riguarda la cybersecurity, la tecnologia quantistica promette di creare una sicurezza davvero infrangibile, un sogno per la maggior parte dei professionisti. Allo stesso modo, come tutte le tecnologie, anche l'informatica quantistica potrebbe essere utilizzata per scopi nefasti, causando danni e sofferenze incalcolabili.

Tuttavia, per comprenderne i vantaggi e i potenziali pericoli, dobbiamo prima comprendere la tecnologia (o almeno provarci). Per i geni (nerd) che già conoscono l'informatica quantistica, potete passare alla sezione delle applicazioni.

Che cos'è la tecnologia quantistica?

Tecnologia quantistica è un termine elegante per indicare qualsiasi cosa che utilizzi le strane regole della fisica quantistica per fare qualcosa di bello o utile. La fisica quantistica è la scienza delle cose molto piccole, come gli atomi e gli elettroni, che si comportano in modi diversi da quelli che vediamo nella vita di tutti i giorni. Ad esempio, le particelle quantistiche possono trovarsi in due stati contemporaneamente, come una moneta che ha sia testa che croce, oppure possono influenzarsi reciprocamente e istantaneamente a grandi distanze, come due amici che possono leggersi nel pensiero. Questi fenomeni sono chiamati superposizione quantistica ed entanglement quantistico e sono alcune delle caratteristiche principali della tecnologia quantistica.

Alcune applicazioni chiave della tecnologia quantistica

Esistono già molti esempi di tecnologia quantistica in azione, come i generatori di numeri casuali quantistici, i sistemi di distribuzione di chiavi quantistiche, i dispositivi di crittografia quantistica, gli orologi quantistici, i termometri quantistici, le bussole quantistiche, le telecamere quantistiche, i microscopi quantistici, i radar quantistici, i laser quantistici, i satelliti quantistici e i chip quantistici. Alcuni di questi sono già disponibili sul mercato, mentre altri sono ancora in fase di sviluppo o di sperimentazione.

Applicazione della tecnologia quantistica alla sicurezza informatica

La tecnologia quantistica può essere utilizzata in molti modi per migliorare la sicurezza e la privacy delle comunicazioni e dei dati. Ecco alcune delle applicazioni più promettenti dell'informatica quantistica per la sicurezza informatica:

Generazione quantistica di numeri casuali:

I numeri casuali sono essenziali per molte attività crittografiche, come la generazione di chiavi, la crittografia dei dati o la firma dei messaggi. Tuttavia, generare numeri veramente casuali non è facile, poiché la maggior parte dei metodi classici si basa su fonti prevedibili, come processi fisici, formule matematiche o input dell'utente. La generazione di numeri casuali quantistici è un modo per produrre numeri casuali che sono garantiti come imprevedibili e imparziali, utilizzando i fenomeni quantistici, come il decadimento degli atomi radioattivi, la polarizzazione dei fotoni o lo spin degli elettroni. La generazione quantistica di numeri casuali può fornire un livello superiore di sicurezza e affidabilità per le comunicazioni sicure e la crittografia.

Distribuzione quantistica delle chiavi:

La distribuzione delle chiavi è il processo di condivisione di chiavi segrete, o password, tra due o più parti, come Alice e Bob, che vogliono comunicare in modo sicuro. Tuttavia, la distribuzione delle chiavi è vulnerabile a intercettazioni, intercettazioni o manomissioni da parte di terzi, come Eve, che vogliono spiare o sabotare la comunicazione. La distribuzione quantistica delle chiavi è un modo per creare e condividere chiavi segrete impossibili da decifrare o intercettare, utilizzando particelle quantistiche, come i fotoni, come messaggeri, e l'entanglement quantistico come garanzia. L'entanglement quantistico è un fenomeno per cui due o più particelle quantistiche sono collegate in modo tale che i loro stati sono correlati, anche se sono separati da grandi distanze. Ciò significa che se Alice e Bob condividono particelle entangled, possono usarle per generare e verificare le chiavi segrete e rilevare qualsiasi tentativo di Eve di interferire con la comunicazione. La distribuzione quantistica delle chiavi può fornire un livello superiore di sicurezza e di fiducia per comunicazioni e crittografie sicure.

Crittografia quantistica:

La crittografia è il processo di trasformazione di dati, come testo, immagini o audio, in un codice segreto, o testo cifrato, che può essere letto solo dal destinatario previsto, che possiede la chiave corrispondente, o password, per decifrarlo. Tuttavia, la crittografia è vulnerabile alla decrittazione, o alla rottura del codice, da parte di una terza parte, come Eve, che ha accesso a un computer potente, come un computer quantistico, in grado di decifrare l'algoritmo o il metodo di crittografia. La crittografia quantistica è un modo per migliorare la sicurezza e la privacy dei dati, utilizzando la tecnologia quantistica, come la generazione di numeri casuali quantistici, la distribuzione di chiavi quantistiche o la correzione di errori quantistici, per crittografare e decrittografare i dati. La crittografia quantistica può fornire un livello superiore di sicurezza e resilienza per la sicurezza e la privacy dei dati.

Algoritmi resistenti ai quanti:

Gli algoritmi sono insiemi di regole o istruzioni che indicano a un computer come eseguire un compito specifico, come criptare o decriptare dati o risolvere un problema. Tuttavia, gli algoritmi sono vulnerabili agli attacchi, ovvero alla ricerca di scorciatoie o punti deboli, da parte di una terza parte, come Eve, che ha accesso a un computer potente, come un computer quantistico, in grado di sfruttare le limitazioni o i difetti dell'algoritmo. Gli algoritmi resistenti ai quanti sono algoritmi progettati per resistere agli attacchi dei computer quantistici, utilizzando tecniche matematiche, come la crittografia a reticolo, la crittografia a codice o la crittografia multivariata, che sono difficili o impossibili da risolvere per i computer quantistici. Gli algoritmi resistenti ai quanti possono fornire un livello superiore di sicurezza e robustezza per la protezione dagli attacchi quantistici.

Minacce e rischi del calcolo quantistico per la sicurezza informatica

L'informatica quantistica non è solo un'opportunità per la sicurezza informatica, ma anche una minaccia. La tecnologia quantistica può essere utilizzata in molti modi per compromettere la sicurezza e la privacy delle comunicazioni e dei dati. Ecco alcune delle minacce e dei rischi più pericolosi dell'informatica quantistica per la sicurezza informatica:

L'hacking quantistico:

L'hacking quantistico è l'atto di sfruttare le vulnerabilità o le debolezze della tecnologia quantistica, come sensori quantistici, reti quantistiche o dispositivi di crittografia quantistica, per ottenere un accesso non autorizzato, rubare informazioni o causare danni. L'hacking quantistico può utilizzare vari metodi, come attacchi quantistici side-channel, attacchi quantistici fault injection, attacchi quantistici trojan o attacchi quantistici man-in-the-middle. L'hacking quantistico può avere diversi obiettivi, come violare la sicurezza della distribuzione di chiavi quantistiche, intercettare o alterare le comunicazioni quantistiche o sabotare dispositivi o sistemi quantistici.

Decrittazione quantistica:

La decrittografia quantistica prevede l'uso di un computer quantistico per rompere la crittografia di dati classici, come testo, immagini o audio, protetti dagli attuali standard e protocolli crittografici, come RSA, ECC o AES. La decrittografia quantistica può utilizzare vari algoritmi, come l'algoritmo di Shor, l'algoritmo di Grover o l'algoritmo di Simon, per trovare le chiavi segrete, o le password, utilizzate per crittografare e decrittografare i dati. La decrittazione quantistica può avere vari impatti, come esporre informazioni sensibili o riservate, violare la sicurezza e la privacy dei dati o minare la fiducia nelle comunicazioni e nei dati.

Spoofing quantistico:

Lo spoofing quantistico utilizza la tecnologia quantistica per creare dati falsi o contraffatti, come firme, certificati o identità, indistinguibili da quelli reali, e utilizzarli per ingannare o manipolare altre parti, come Alice e Bob, che si affidano ad essi per l'autenticazione e la verifica. Lo spoofing quantistico può utilizzare varie tecniche, come la clonazione quantistica, la contraffazione quantistica o il watermarking quantistico, per copiare o modificare i dati senza essere individuati. Lo spoofing quantistico può avere varie implicazioni, come impersonare o incastrare altre parti, aggirare o compromettere le misure di sicurezza, oppure causare frodi o corruzione.

Negazione del servizio quantistico:

Il Quantum denial of service è l'atto di utilizzare la tecnologia quantistica per interrompere o degradare la disponibilità e le prestazioni di reti, dispositivi o sistemi classici o quantistici, sovraccaricandoli di richieste, messaggi o segnali eccessivi o dannosi. Il denial of service quantistico può utilizzare varie strategie, come il jamming quantistico, l'interferenza quantistica o il flooding quantistico, per interferire o bloccare il normale funzionamento di reti, dispositivi o sistemi. La negazione del servizio quantistico può avere vari effetti, come il rallentamento o il crash di reti, dispositivi o sistemi, impedendo o ritardando la consegna di comunicazioni o dati, oppure causando errori o perdite di comunicazioni o dati.

L'informatica quantistica è un'arma a doppio taglio che potrebbe aprire possibilità straordinarie o scatenare conseguenze devastanti per la sicurezza informatica. È quindi importante essere consapevoli dei pericoli e delle sfide della tecnologia quantistica e prepararsi all'era quantistica.