量子コンピューターの暗号解読が衝撃的なほど近づいている

インターネットを保護する暗号を解読できる量子コンピューターが、もうすぐそこまで来ているようです。 2つの研究チームからの驚くべき発見は、それがどのようにして起こるかを概説しており、そのうちの1つは、現在の最大の量子マシンがすでに必要なサイズの半分以上に達していることを示唆しています。

2 つの研究は、楕円曲線離散対数問題 (ECDLP) を中心に構築された暗号化技術に関するものです。この数学的問題がどのように解決されるかの詳細により、これはデータ暗号化の優れた候補となり、銀行取引やビットコインを含むほぼすべての主要な暗号通貨を含む多くのインターネット通信を保護するために広く採用されるようになりました。

従来のコンピューターが楕円曲線ベースの暗号を解読することは非常に困難ですが、研究者たちは 1990 年代以来、量子コンピューターでは同じ問題が発生しないことを知っていました。しかし、十分な大きさの量子コンピューターを構築することは工学的に不可能であるため、遠い心配のように思えました。

近年、理論と工学の両方が驚異的なスピードで進歩し、スケジュールを大幅に短縮しています。理論面では、研究者らは量子ハッキングアルゴリズムを最適化し、実際に必要な量子コンピューティングパワーの量を削減しました。たとえば、2019 年には、RSA-2048 と呼ばれる関連暗号化方式を解読するために必要なサイズの最良の推定値は 2,000 万量子ビットでした。量子ビットは従来のコンピューター ビットに相当する量子ビットです。今年 2 月には、その数はわずか 100,000 量子ビットになりました。

さらに、2019 年には、最先端の量子コンピューターは 50 量子ビットをかろうじて超えていました。現在の最大の量子コンピューターには 1000 個を超える量子ビットがあり、実際にはまだ計算に使用されていない最大の量子ビット配列には 6100 個の量子ビットが含まれています。

現在、Oratomic 社の Dolev Bluvstein 氏とそのチームは、ECDLP はわずか 10,000 量子ビットのマシンに落ちてしまう可能性があると考えています。この復号プロセスには量子コンピューターの実行時間として数年かかりますが、Google 量子研究部門のライアン・バブシュ氏とその同僚たちは、500,000 量子ビットがどのようにしてわずか 9 分で同じことを実行できるかを別途グラフ化しました。

「今日は量子コンピューティングと暗号化にとって重要な日だ」とグーグルの研究者と協力したイーサリアム財団のジャスティン・ドレイク氏はXについて書いた。

Bluvsteinと彼の同僚は、レーザーによって制御される極度に冷たい原子から作られた量子ビットに基づいて計算を行った。このような量子ビットはさまざまな方法で相互に接続でき、この大きな相互接続性が量子ビット要件の削減の一部の原因となります。

Bluvstein氏によれば、10,000個の超低温量子ビットのアレイを作成することは1年以内に可能かもしれないが、本当の課題はそれらを十分に制御し、十分な速度で動作させることだという。量子ビットは相互に適切に対話できる必要があるため、複数の既存のマシンを接続するなどの近道はありません。

Bluvstein 氏は、十分な能力を備えたマシンは 10 年代の終わりまで完成しないだろうと考えています。 「達成する必要がある進歩はたくさんありますが、それは人々が実際に構築することを想像できるものになり始めています」と彼は言います。

暗号通貨に関する懸念

Google チームは、超電導回路で作られた別のタイプの量子コンピュータに基づいて結論に達しました。この量子コンピュータは、より成熟した技術であると広く考えられており、Google が最も重点的に支援しているものです。

研究者らはこの研究について公にコメントすることを拒否したが、論文では「ハードウェアの能力についてより積極的な仮定を立てることで、リソースの推定値は大幅に削減できる可能性がある」と述べており、50万量子ビットの推定値が控えめであることを示唆している。注目すべきは、研究者らがセキュリティ上の懸念を理由に、復号アルゴリズムの詳細をすべて省略することを選択したことだ。

彼らはまた、そのような量子コンピューターを使用して、暗号通貨取引を傍受し、記録される前の短期間に資金をリダイレクトする、つまり実質的に資金を盗むことができる可能性があるとも書いている。

テキサス大学オースティン校のスコット・アーロンソン氏は、2つの研究を考慮すると、ビットコインはこれまで知られていたよりも早くから量子攻撃に対して脆弱であることは確かであると述べている。

オックスフォード大学のステファノ・ゴジオソ氏は、どちらのタイプの量子コンピュータも、どちらの成果も実際に実装する前に、工学的に重大な課題に直面しており、特に超低温原子アプローチははるかに実証されていない技術であると述べている。しかし、デジタル世界のセキュリティを心配する理由がある、と彼は言います。

一部のインターネットブラウザは、量子攻撃に影響されない暗号化、いわゆる量子後暗号化（PQC）をすでに提供しており、従来の銀行は攻撃を受けた後に量子ハッカーを阻止できるかもしれないが、非常に分散化された暗号通貨システムははるかに脆弱になるだろうとゴジオソ氏は言う。 Googleは最近、2029年までにPQCに移行するよう促しており、ゴジオソ氏はその必要性がますます高まっていると述べている。

「まさにこれが、私たちが 10 年以上前に PQC 標準化プロジェクトを開始した理由です」とメリーランド州国立標準技術研究所 (NIST) のダスティン ムーディ氏は言います。 「量子ハードウェアが改良されると、アルゴリズムも改良されることを私たちは常に知っていました。」

NIST は、実用的な量子コンピューターが普及した将来のセキュリティ標準となる可能性のある PQC アルゴリズムをいくつか選択しており、米国連邦政府は 2035 年までにそれらの使用に移行することを目指しています。しかしムーディ氏は、組織はできるだけ早く移行を開始する必要があると述べています。 「これらの論文は、移住の余地は有限であり、行動を起こす時は今だという考えを裏付けるものです」と彼は言う。