การมาถึงของควอนตัมคอมพิวเตอร์กำลังกระทบกับความเป็นส่วนตัวของมนุษยชาติ NIST จึงประกาศโครงการพัฒนาอัลกอริทึมที่มีคุณสมบัติทนทานต่อการถอดรหัสด้วยควอนตัมคอมพิวเตอร์ตั้งแต่ปี 2016 ผ่านมาแล้ว 8 ปี อัลกอริทึมที่ได้รับการคัดเลือกทั้ง 4 อัลกอริทึม ตอนนี้สำเร็จพร้อมสำหรับการใช้งานแล้ว 3 อัลกอริทึม ซึ่งจะนำมาใช้งานกับคอมพิวเตอร์ทุกเครื่องในเร็ว ๆ นี้
ระบบการเข้ารหัสมีส่วนสำคัญกับชีวิตประจำวันของเราอย่างปฏิเสธไม่ได้ ตั้งแต่การเข้าเว็บไซต์ การสนทนาด้วยข้อความ การสนทนาผ่านวิดีโอคอล ไปจนถึงการเข้ารหัสหัวรบนิวเคลียร์ ความมั่นคงหลาย ๆ อย่างขึ้นอยู่กับการเข้ารหัสทางดิจิทัลบนระบบคอมพิวเตอร์อย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้
วิธีการเข้ารหัสเพื่อความปลอดภัยนั้นถูกออกแบบบนพื้นฐานของคณิตศาสตร์ ผู้ใช้งานทุกคนจะมี “กุญแจ” เข้ารหัสของตัวเองเป็นชุดตัวเลขสองชุด ซึ่งเป็นเลขจำนวนเฉพาะ เป็นกุญแจส่วนตัวของผู้ใช้งานนี้จะทำให้สามารถเข้ารหัสและถอดรหัสได้อย่างง่ายดาย แต่ปัญหาคือถ้าผู้รับสารปลายทางนี้ไม่มีรหัสกุญแจชุดนี้ก็จะไม่สามารถถอดรหัสที่ถูกเข้าไว้ได้ ดังนั้นจึงมีการเผยแพร่กุญแจสาธารณะไว้อีกตัวเพื่อใช้ในการเข้ารหัสสำหรับผู้อ่านสาร ซึ่งกุญแจสาธารณะนี้จะเป็นกุญแจที่เกิดจากผลคูณทางคณิตศาสตร์ของตัวเลขจำนวนเฉพาะทั้งสองชุดของผู้ใช้งาน ชุดตัวเลขกุญแจสาธารณะนี้จะสามารถนำมาถอดรหัสให้กับสารที่ถูกเข้ารหัสได้ แต่ยากที่จะถอดรหัสกลับไปเป็นชุดตัวเลขสองชุดตั้งต้นได้
แน่นอนว่าเมื่อตัวเลขกุญแจสาธารณะนี้เกิดขึ้นจากกระบวนการทางคณิตศาสตร์ มันก็ย่อมหมายความว่าสามารถถูกไขได้ด้วยการใช้กระบวนการทางคณิตศาสตร์และหาตัวเลขจำนวนเฉพาะที่เป็นตัวเลขตั้งต้นนั้นได้ เช่น การใช้ General Number Field Sieve ก็สามารถหาตัวเลขจำนวนเฉพาะเหล่านี้ได้จากการค่อย ๆ ถอดรหัสหาจำนวนเฉพาะแต่ละตัว ดังนั้นวิธีการป้องกันการถอดรหัสในปัจจุบันคือการใช้เลขจำนวนเฉพาะที่เป็นเลขจำนวนเฉพาะชุดที่ใหญ่มาก ๆ เพื่อที่จะได้ป้องกันและเพิ่มเวลาในการคำนวณหาเลขจำนวนเฉพาะจนการลงทุนนี้ไม่คุ้มค่ากับการถอดรหัสหรือโจมตีทางไซเบอร์
มีกระบวนการทางคณิตศาสตร์ที่ช่วยให้สามารถถอดจำนวนตัวเลขเพื่อหาจำนวนเฉพาะได้อย่างรวดเร็ว อีกทั้งคอมพิวเตอร์ในทุกวันนี้ก็มีศักยภาพที่สูงขึ้นมาก หากแฮกเกอร์ต้องการที่จะโจมตีเพื่อกุญแจเข้ารหัสเหล่านี้ พวกเขาสามารถทำได้โดยอาจจะใช้เวลาในการถอดรหัสตั้งแต่หลักปีไปจนถึงหลักไม่กี่วัน แต่การมาถึงของควอนตัมคอมพิวเตอร์ทำให้การเข้ารหัสทั้งหมดที่มนุษย์สร้างขึ้นมาจะถูกไขออกได้ในเวลาเพียงหลักวินาที
ควอนตัมคอมพิวเตอร์มีศักยภาพในการคำนวณทางคณิตศาสตร์สูงมากเนื่องจากคุณสมบัติที่สามารถอยู่ในหลายสถานะได้พร้อมกัน หรือ Superposition และคุณสมบัติการเปลี่ยนสถานะทางควอนตัมของอนุภาคหนึ่ง ส่งผลต่อสถานะของอีกอนุภาคที่พัวพันอยู่ด้วยกัน หรือที่เรียกว่า การพัวพันเชิงควอนตัม (Quantum entanglement) คุณสมบัติทั้งสองประการนี้ทำให้เราคำนวณเพื่อหาความน่าจะเป็นทางคณิตศาสตร์ได้อย่างรวดเร็ว
หน่วยพื้นฐานของคอมพิวเตอร์ยุคดั้งเดิม เรียกว่า บิต (Bit) ส่วนหากเป็นควอนตัมคอมพิวเตอร์ จะเรียกว่าคิวบิต (Qubit) ซึ่งมีคุณสมบัติที่สามารถเป็นสองสถานะได้อย่างพร้อมเพรียงกัน ทำให้มันสามารถคำนวณผลลัพธ์ทางคณิตศาสตร์ได้อย่างรวดเร็ว และเพียงแค่ใช้ General Number Field Sieve ที่เป็นวิธีที่พื้นฐานที่สุดสำหรับคำนวณย้อนกลับหาตัวเลขจำนวนเฉพาะ ก็สามารถหาได้อย่างรวดเร็วและง่ายดายในเวลาที่น้อยกว่าเวลาที่คอมพิวเตอร์สมรรถนะสูงใช้มาก
เพื่อป้องกันปัญหาที่ควอนตัมคอมพิวเตอร์จะถูกนำมาใช้ในการถอดรหัสทางคณิตศาสตร์ทาง สถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติ (NIST) กระทรวงพาณิชย์ของสหรัฐอเมริกา ได้จัดตั้งโครงการเพื่อพัฒนาอัลกอริทึมที่ทนทานต่อควอนตัมคอมพิวเตอร์ในปี 2016 ซึ่งตอนนี้ผ่านมาแล้ว 8 ปี โครงการนี้ได้คัดเลือกออกมาทั้งหมด 4 อัลกอริทึมหลักสำหรับการสร้างกุญแจเข้ารหัสและใช้สำหรับการถอดรหัสเหล่านี้ ดังนี้ CRYSTALS-Kyber, CRYSTALS-Dilithium, FALCON, และ SPHINCS+ (อ่านว่า “สฟิงกส์พลัส”) ซึ่งเมื่อ 13 สิงหาคม 2024 ทาง NIST ได้เปลี่ยนชื่อทั้ง 4 ใหม่ โดย
• CRYSTALS-Kyber เปลี่ยนชื่อเป็น Module-Lattice-Based Key-Encapsulation Mechanism (ML-KEM) เป็นมาตรฐานเพื่อใช้สำหรับการเข้ารหัสทั่วไป มีขนาดเล็ก ทำงานได้อย่างรวดเร็ว
• CRYSTALS-Dilithium เปลี่ยนชื่อเป็น Module-Lattice-Based Digital Signature Algorithm (ML-DSA) เป็นมาตรฐานสำหรับลายเซ็นทางดิจิทัล
• Sphincs+ เปลี่ยนชื่อเป็น Stateless Hash-Based Digital Signature Algorithm (SLH-DSA) เป็นมาตรฐานสำหรับลายเซ็นดิจิทัลสำรองในกรณีที่พบช่องโหว่ใน ML-DSA
• FALCON เปลี่ยนชื่อเป็น FFT (Fast-Fourier Transform) over NTRU-Lattice-Based Digital Signature Algorithm (FN-DSA) ซึ่งตอนนี้ยังไม่แล้วเสร็จ
ขณะนี้มีสามอัลกอริทึมที่แล้วเสร็จพร้อมสำหรับการใช้งานแล้ว สามารถหยิบมาตรฐานเหล่านี้มาใช้งานกันได้เลย และระหว่างนี้ทาง NIST จะคงพิจารณากระบวนเพิ่มเติมเพื่อเป็นมาตรฐานสำรองในกรณีที่มาตรฐานที่เผยแพร่แล้วพบกับช่องโหว่ ซึ่งจะเลือกสร้างจากพื้นฐานคนละแบบจากมาตรฐานที่เผยแพร่ไปก่อนหน้านี้
ดังนั้นจึงสามารถมั่นใจได้ว่าต่อให้การมาถึงของควอนตัมคอมพิวเตอร์ที่มีศักยภาพสูง ความเป็นส่วนตัวของผู้คนในโลกอินเทอร์เน็ตก็จะยังคงอยู่เหมือนเดิม ด้วยมาตรฐานการเข้ารหัสที่ทนทานต่อการเจาะระบบด้วยควอนตัมคอมพิวเตอร์เหล่านี้
🎧 อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS
ที่มาข้อมูล : YouTube, nist
“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech
