Білий дім скорочує термін переходу на стійкі до квантових обчислень криптографічні алгоритми

Заява застерігає про ризики національній безпеці у разі несвоєчасного впровадження пост-квантової криптографії.

Білий дім різко скорочує терміни для урядових установ та організацій щодо впровадження нових квантово-стійких систем шифрування, здатних протистояти атакам за допомогою квантових комп’ютерів. Це робиться для захисту багаторічних секретів військових, банків, урядів та переважної більшості населення Землі.

Виконавчий наказ під назвою «Захист нації від передових криптографічних атак» встановлює, що комп’ютерні системи, які відносяться до «високоцінних активів» та «систем із високим впливом», повинні перейти на схеми встановлення пост-квантових криптографічних ключів до 31 грудня 2030 року, а на квантово-безпечні схеми цифрового підпису — до 31 грудня 2031 року.

Уникнення значної загрози

Новий термін, який для багатьох організацій є приблизно на п’ять років ранішим за попередній, з’явився на тлі нещодавніх досліджень, які показують, що ресурси та витрати на створення криптографічно значущого квантового комп’ютера значно менші, ніж передбачалося раніше. У відповідь Google, Cloudflare та інші компанії нещодавно скоротили терміни переходу з вразливих систем до 2029 року.

«Поява великомасштабних квантових комп’ютерів, особливо в руках супротивників, становитиме значну загрозу для широко використовуваних систем криптографічної безпеки», — зазначено у виконавчому наказі від понеділка. «Постійна кібердіяльність проти нашої країни також несе ризик того, що супротивники збиратимуть інформацію Сполучених Штатів зараз і розшифровуватимуть її пізніше, коли великомасштабні квантові комп’ютери стануть доступними».

Згідно з графіком, опублікованим Агентством національної безпеки у 2022 році, «Системи національної безпеки» — категорія, що включає лише оборонні та розвідувальні системи під юрисдикцією агентства — мали бути готовими до квантових обчислень між 2030 та 2033 роками. Більшість інших організацій мали до 2035 року завершити перехід. Тепер багато з них зобов’язані перейти набагато раніше.

«Отже, для будь-якої системи, яка потрапляє до цього нового розряду високоцінних активів та систем із високим впливом, терміни переходу скорочуються на 4-5 років (з 2035 до 2030/2031 років)», — розповів Ars Браян ЛаМаккіа, інженер з криптографії, який керував пост-квантовим переходом Microsoft з 2015 до 2022 року і зараз працює у Farcaster Consulting Group. «Це значне скорочення термінів переходу для цих систем, і воно відповідає подібним змінам термінів від Google та Cloudflare, оголошеним наприкінці березня/на початку квітня».

Наказ також:

Запроваджує загальнодержавний процес координації переходу, який очолюватимуть директор Управління з питань бюджету та національний директор з кібербезпеки. Кожне федеральне агентство призначить відповідальну особу для звітування про прогрес квантового переходу.
Доручає Державному секретареві співпрацювати з Національним інститутом стандартів і технологій, Департаментом оборони та внутрішньої безпеки, національним директором з кібербезпеки та директором національної розвідки для «визначення та залучення іноземних урядів та галузевих груп у ключових країнах для заохочення їхнього переходу на пост-квантові алгоритми, стандартизовані NIST».
Доручає NIST та Агентству з кібербезпеки та безпеки інфраструктури видати керівництво щодо випуску CBOM (список криптографічних матеріалів), який містить усі компоненти, бібліотеки та модулі в системі шифрування.
Встановлює нові правила закупівель, які, схоже, спрямовані на те, щоб вимагати від «охоплених підрядників» дотримання тих самих термінів квантової готовності та впровадження політик розкриття вразливостей.

«Власники та оператори критичної інфраструктури тепер можуть розраховувати на підтримку у розробці своїх планів міграції на пост-квантову криптографію», — повідомив Ars Джордан Кеньйон, старший науковий співробітник з квантових технологій Booz Allen. «Охоплені підрядники можуть зіткнутися з майбутніми вимогами запропонованих правил щодо включення пост-квантових сумісних алгоритмів, необхідних за стандартами FIPS, до кінця 2030 року, а також щодо звітування про криптографічні вразливості у своїх розкриттях». FIPS — це скорочення від Federal Information Processing Standards, набору стандартів, що розробляються NIST для використання в комп’ютерних системах невійськових агентств уряду США та підрядників.

Ніхто не знає, коли з’явиться криптографічно значущий квантовий комп’ютер. Експерти робили різноманітні припущення протягом понад трьох десятиліть. Основною перешкодою є створення системи з необхідною кількістю кубітів — квантовим еквівалентом біта в класичних обчисленнях — яка працює коректно, навіть за наявності помилок, що виникають під час взаємодії з навколишнім середовищем.

У березні дослідники заявили, що виявили спосіб зламати ECC-256, який використовується для захисту блокчейнів біткойна та ефіріума, використовуючи лише 30 000 фізичних кубітів за 10 днів.

Того ж місяця команда дослідників Google заявила, що розробила дві квантові схеми, які можуть вирішити проблему дискретного логарифма еліптичної кривої, використовуючи приблизно 500 000 фізичних кубітів, що вдвічі менше, ніж, за оцінками тієї ж команди минулого червня, було потрібно для зламу 2048-бітного RSA, який має значно більший розмір ключа.

У 2012 році більшість оцінок свідчили, що для зламу 2048-бітного ключа RSA знадобиться мільярд фізичних кубітів. До 2019 року ця оцінка була знижена до 20 мільйонів фізичних кубітів. Постійний прогрес, продемонстрований цими останніми науковими роботами, спонукає організації, які мають найбільше що втратити, припускати, що День Q — день появи криптографічно значущого квантового комп’ютера — настане раніше, ніж пізніше.

Два з найбільш широко використовуваних алгоритмів криптографії з відкритим ключем — RSA та еліптична криптографія — базуються на факторизації складених чисел, які є добутком двох або більше простих чисел, та дискретному логарифмі, відповідно. Ці математичні проблеми легко вирішуються в одному напрямку і майже неможливо — в іншому. Квантовий комп’ютер з достатніми ресурсами може запустити алгоритм Шора для вирішення цих проблем за поліноміальний час, зокрема кубічний час, що значно швидше, ніж експоненційний час, який забезпечують сучасні класичні комп’ютери. Пост-квантові алгоритми, що замінюють RSA та еліптичну криптографію, базуються на проблемах, у вирішенні яких квантові комп’ютери не мають переваги над класичними.

Всупереч поширеній думці, заміна квантово-вразливих алгоритмів на пост-квантові — це зовсім не проста заміна. Розміри відкритих ключів для ML-KEM — одного із замінників RSA — приблизно втричі більші. Складність і масштаб роботи, що попереду, є причиною того, чому федеральний уряд так серйозно ставиться до цього кроку.

Окремо Білий дім опублікував другий виконавчий наказ, який доручає федеральному уряду у партнерстві з приватним сектором підтримувати розвиток квантових обчислень. Серед іншого, він запровадив «національні зусилля» для розробки першого у світі квантового комп’ютера, достатньо потужного, щоб «розпочати еру квантово-забезпечених наукових відкриттів».