La crittografia quantistica mira a sviluppare sistemi di protezione in grado di affrontare i nuovi rischi di violazione. In questo articolo, esamineremo il significato della crittografia quantistica, i suoi principi essenziali e le motivazioni per cui potrebbe rappresentare il futuro della sicurezza informatica.

Definizione di crittografia quantistica

La crittografia quantistica è una branca della crittografia che utilizza i principi della meccanica quantistica per garantire la sicurezza delle comunicazioni. A differenza dei sistemi di crittografia tradizionali, che si basano su problemi matematici complessi per garantire la riservatezza dei dati (come la fattorizzazione di numeri primi o il calcolo del logaritmo discreto), la crittografia quantistica si avvale delle proprietà uniche delle particelle subatomiche. Il concetto centrale di questa forma di crittografia è che le informazioni sono codificate in stati quantistici, solitamente tramite fotoni, rendendo impossibile l’intercettazione dei dati senza modificarne la natura.

Qual è la sua rilevanza?

L’aumento della digitalizzazione delle informazioni ha reso la sicurezza informatica una priorità fondamentale per organizzazioni e individui. Con l’espansione continua della rete e il proliferare delle minacce informatiche, è essenziale adottare misure di protezione sempre più avanzate. In questo contesto, la crittografia quantistica si presenta come una promessa importante, rappresentando un potenziale miglioramento rispetto ai metodi di crittografia tradizionali.

Uno degli aspetti cruciali dei sistemi crittografici moderni, anche quelli più complessi, riguarda il processo di scambio delle chiavi. Sia che si stia utilizzando una chiave simmetrica o una chiave privata asimmetrica, la possibilità di intercettazione rappresenta il fulcro su cui i ricercatori concentrano i loro sforzi per trovare soluzioni definitive.

La crittografia quantistica si sviluppa in questa direzione, con il vantaggio rispetto ai metodi più diffusi di rilevare ogni tentativo di accesso non autorizzato da parte di una terza parte. Un vantaggio derivante da uno dei principi fondamentali della meccanica quantistica, il principio di indeterminazione di Heisenberg, stabilisce che non è possibile “conoscere, simultaneamente e con precisione, alcune coppie specifiche di caratteristiche di un oggetto quantistico, come la posizione e la quantità di moto: se si misura con precisione la posizione di un elettrone, si perde la possibilità di misurare la quantità di moto. Se, al contrario, si misura con esattezza la quantità di moto, si perdono inevitabilmente informazioni sulla posizione dell’elettrone”.

Applicato alla crittografia, il principio implica che le chiavi di autenticazione, come pin e password, corrispondano agli stati quantistici della luce: ogni modifica segnala una potenziale intrusione.

Principi di crittografia quantistica

Come già accennato, al centro della crittografia quantistica ci sono due principi basilari: il principio di indeterminazione e l’intrinseca proprietà di entanglement delle particelle quantistiche.

Secondo il principio di indeterminazione, formulato da Werner Heisenberg, non è possibile conoscere simultaneamente con precisione la posizione e la quantità di moto di una particella. Nella crittografia quantistica, questo implica che se un intruso tenta di misurare lo stato di un fotone, inevitabilmente altera il suo stato originale. Di conseguenza, il legittimo possessore della comunicazione può rilevare la presenza di un intercettatore attraverso piccole anomalie nelle misurazioni.

Per quanto riguarda l’entanglement, questo fenomeno quantistico consente a coppie di particelle di rimanere correlate anche se separate da grandi distanze. Se due fotoni sono entangled, la misurazione dello stato di uno di essi influenzerà istantaneamente lo stato dell’altro, indipendentemente dalla distanza. Questo principio permette di trasmettere informazioni in modo sicuro, poiché qualsiasi tentativo di misurazione da parte di un terzo partito comprometterebbe il sistema di entanglement, rivelando la presenza di un’interferenza.

Che tipi di cyber attacchi si possono subire?

La necessità della crittografia quantistica deriva dal fatto che ci possono essere alcuni tipi di attacco effettuati dai cosiddetti eavesdropper, che non impiegano un computer tradizionale, ma hanno accesso a un computer quantistico. Esistono altre forme di attacco, chiamate save now decrypt later, in cui la memorizzazione dei dati sensibili non ostacola la loro decrittazione in un secondo momento. Per questo è importante prepararsi fin da subito.

Il fattore “tempo” ha un ruolo cruciale anche nella crittografia quantistica, creando una chiara distinzione rispetto agli attuali modelli di cifratura. Considerando la rapidità con cui il quantum computing si sta sviluppando, non è garantito che il tempo per attuare soluzioni alternative alla crittografia quantistica sia adeguato.  Ciò che si prevede è un panorama in cui la crittografia quantistica coesisterà armoniosamente con le tecniche di cifratura tradizionali che hanno preceduto l’epoca del quantum computing e che si rivelano efficaci nella protezione di dati non critici.

Tuttavia, nel caso in cui sia necessario proteggere qualsiasi cosa, dalle informazioni aziendali ai segreti statali, la crittografia quantistica potrebbe essere la nostra unica soluzione per salvaguardare i dati privati.

In che modo opera la crittografia quantistica?

La crittografia quantistica utilizza i principi della meccanica quantistica per garantire la sicurezza delle comunicazioni, impiega particelle subatomiche come i fotoni per trasmettere dati, motivo per cui è considerata teoricamente inaccessibile.

Per comprendere meglio il funzionamento, è utile apprendere alcuni concetti fondamentali della meccanica quantistica:

• il protocollo più famoso è il BB84, creato nel 1984;
• il BB84 si avvale di fotoni polarizzati per trasmettere chiavi crittografiche;
• la polarizzazione dei fotoni può essere orizzontale, verticale o diagonale;
• la misurazione di un fotone modifica il suo stato, rendendo palese qualsiasi intercettazione;
• le chiavi crittografiche vengono condivise in modo sicuro tra due parti.

Campi di applicazione

Le applicazioni della crittografia quantistica si estendono oltre la semplice trasmissione sicura di messaggi. Alcuni degli usi più significativi includono:

• Distributed Ledger Technology (DLT). La crittografia quantistica può essere integrata nelle tecnologie di registro distribuito per garantire che le transazioni siano verificate e sicure contro eventuali attacchi esterni. Questa integrazione potrebbe rivoluzionare il settore della blockchain, aumentando la sicurezza e l’affidabilità delle varie applicazioni;
• Sicurezza nelle reti 5G. Con l’espansione delle reti 5G e l’aumento esponenziale dei dispositivi connessi, la crittografia quantistica può fornire un livello di protezione ulteriore contro gli attacchi informatici su larga scala. L’adozione di protocolli di comunicazione basati sulla crittografia quantistica può limitare le vulnerabilità che caratterizzano le attuali infrastrutture;
• Sistemi bancari e finanziari. Dato che le istituzioni finanziarie gestiscono volumi enormi di dati sensibili, l’implementazione della crittografia quantistica può migliorare notevolmente la protezione delle informazioni dei clienti, riducendo il rischio di frodi e violazioni.

Vantaggi e criticità

Uno dei principali vantaggi della crittografia quantistica è la sua capacità di garantire la sicurezza in un modo che sovverte le intuizioni tradizionali della crittografia classica. Mentre la crittografia classica può essere compromessa con il potere computazionale sufficiente, la crittografia quantistica rimane inviolabile grazie alle leggi della fisica quantistica.

Inoltre, essa offre il vantaggio della robustezza rispetto agli attacchi frontali. Anche se un intruso riuscisse ad accedere a una comunicazione quantistica, la sua presenza sarebbe automaticamente scoperta dal legittimo destinatario, permettendo di prendere misure adeguate prima che le informazioni vengano compromesse.

Tuttavia, nonostante le sue numerose potenzialità, la crittografia quantistica presenta anche alcune sfide e limitazioni. Attualmente, i sistemi di crittografia quantistica sono complessi e costosi, richiedendo un’infrastruttura avanzata e sofisticati strumenti di misurazione. Inoltre, la distanza di trasmissione delle informazioni quantistiche è ancora limitata, a causa delle perdite di segnale nei sistemi di comunicazione.

Un’altra sfida è legata alla standardizzazione e all’implementazione. Mentre vari protocolli di crittografia quantistica sono stati sviluppati, la mancanza di standardizzazione può ostacolare l’adozione diffusa e l’interoperabilità tra diversi sistemi.

Riassumendo, la crittografia quantistica propone molti benefici rispetto ai metodi tradizionali di crittografia, ovvero:

• assicura una sicurezza teoricamente inaccessibile;
• può individuare qualsiasi tentativo di intercettazione;
• utilizza chiavi crittografiche che non sono replicabili;
• fornisce una sicurezza superiore per le comunicazioni a lunga distanza;
• può essere integrata con i sistemi di crittografia già esistenti per una protezione aggiuntiva.

Invece, tra le sfide, si evincono:

• la tecnologia è ancora in fase di evoluzione e non è largamente accessibile;
• i costi per l’implementazione sono elevati;
• richiede infrastrutture specializzate per la trasmissione dei fotoni;
• la distanza di trasmissione è ristretta a causa della perdita di fotoni;
• la crittografia quantistica è ancora in una fase dove è suscettibile a certi tipi di attacchi fisici.

Conclusioni

Con l’aumento delle minacce informatiche, la salvaguardia dei dati diventa sempre più essenziale. In definitiva, la crittografia quantistica non è solo un concetto di avanguardia, ma una realtà che sta rapidamente emergendo. Offre una sicurezza senza precedenti grazie ai principi della meccanica quantistica. La crittografia quantistica promette infatti di rivoluzionare il modo in cui proteggiamo le informazioni sensibili, rendendo quasi impossibile per gli hacker intercettare o decifrare i dati. Pertanto, di per sé la crittografia quantistica rappresenta un’evoluzione cruciale nel campo della sicurezza informatica. Grazie ai suoi principi garantisce nuove opportunità per proteggere le comunicazioni in un mondo sempre più minacciato da cyber attacchi.

In aggiunta, questa tecnologia non è limitata solo ai governi o alle grandi aziende. Anche le piccole imprese e gli individui possono beneficiare di una maggiore sicurezza. Con il progresso della tecnologia, è probabile che assisteremo a un’adozione sempre più ampia della crittografia quantistica.

Sebbene ci siano sfide da affrontare prima che la crittografia quantistica possa diventare una norma, il suo potenziale per garantire la sicurezza e la privacy in un’era digitale fa di essa una tecnologia fondamentale da monitorare e sviluppare. Con investimenti e ricerca continuativi, la crittografia quantistica potrebbe benissimo definire il futuro della sicurezza informatica, offrendo soluzioni sicure e affidabili per le generazioni a venire. Pertanto, possiamo asserire con certezza che la crittografia quantistica rappresenta un passo significativo nella protezione dei dati, offrendo una sicurezza che le tecnologie tradizionali non possono eguagliare.

Credits: Gudendemir/GettyImages