Kjeltringer kan avsløre krypteringsnøklene 

Når du logger deg på nettbanken, tar du det som en selvfølge at ingen andre kan snoke i kommunikasjonen mellom deg og banken.

For at økonomikjeltringer ikke skal klare å tømme bankkontoen din, er kommunikasjonen mellom deg og banken kryptert.

En av de vanligste krypteringsmetodene fungerer slik at et par hemmelige nøkler, som består av to svært store primtall, brukes til å pakke opp informasjonen, mens den offentlige nøkkelen som brukes til å pakke ned informasjonen, er produktet av disse to primtallene.

Mens det går lynraskt å gange sammen to primtall, er det svært tidkrevende å faktorisere store tall.

Som du sikkert husker fra matematikktimene på grunnskolen, var det mye enklere å multiplisere enn å dividere. Tenk deg at du skal gange sammen de to primtallene 3821 og 4217. Det er enkelt. Svaret blir 16 113 157. De fleste vil nok få panikk om de skal finne frem til hvilke to tall som må ganges for å få dette svaret.

Jo større produktet er, desto lengre tid tar det før en datamaskin klarer å knekken koden.

– Hvis primtallene er store nok, kan det faktisk ta millioner av år å løse dette på en klassisk datamaskin. Systemet er derfor i dag svært godt egnet til å kryptere informasjon, forteller postdoktor Gunnar Lange på Senter for materialvitenskap og nanoteknologi ved UiO.

Professor Johannes Skaar på Fysisk institutt påpeker at det likevel er en teoretisk fare for at dagens kommunikasjon ikke er sikker.

– I prinsippet kan en smarting fra et fiendtlig land allerede ha funnet opp en algoritme som klarer å knekke dagens kryptering, for det er ikke bevist at krypteringen er sikker. Vi vet derfor ikke om sikkerheten på nettet er bra nok, advarer Skaar.

Smart algoritme

Den amerikanske vitenskapsmannen Peter Shor designet i 1994 en sinnrik algoritme som viste hvordan fremtidens kvantedatamaskiner kan faktorisere store tall på svært kort tid.

Den dagen kvantedatamaskinene er kraftige nok, er faren derfor til stede for at dagens krypteringsalgoritmer kan bli knust.

 – Mange internasjonale sikkerhetsmyndigheter tenker nå på hvordan de kan unngå å få dekryptert informasjonen sin, forteller professor Lasse Vines på Fysisk institutt.

Sikker kommunikasjon er spesielt viktig for Forsvaret.

– Vi mener vi har gode algoritmer som er relativt robuste mot kvantedatamaskiner, men det er likevel viktig å følge med på dette. Vi jobber med NATO. Det er veldig viktig for Kongsberg-gruppen at alt skal være sikkert i 30 år. Da må vi tenke 30 år frem i tid. Kina har allerede kommet med flere pressemeldinger som sier at de har klart å knekke krypteringsalgoritmene. Men det viser seg at de ikke har fått det til likevel. Hvis Kina klarer dette først, har NATO og Vesten et problem, advarer Terje Nilsen, direktør i Kongsberg Discovery, som er en del av Kongsberg-gruppen.

Kvantekommunikasjon

En mulig løsning er å bruke en helt ny metode som kalles for kvantekommunikasjon.

– Kvantekommunikasjon vil bli en av de tingene som får størst betydning. Jeg tror alle nettverksforbindelser innen stat, forsvar og helse etter hvert vil baseres på kvantekommunikasjon. Da kan ingen tappe informasjonen underveis, beroliger Terje Nilsen.

Når ekspertene snakker om kvantekommunikasjon, tenker de på to ting: Både hvordan kvantedatamaskiner skal snakke sammen og hvordan kvanteteknologien kan brukes til å sørge for at informasjonen ikke blir hacket underveis.

– Det kan være lurt å utvikle kvantekryptering. Fysikere, matematikere og informatikere har forsket på dette i lang tid. Kvantekryptering kan enten bli superviktig eller helt uviktig, mener Johannes Skaar.

Løsningen er komplisert. Kvantekommunikasjon fordrer egen hardware, egne kvantekanaler og egne fibre.

– Uheldigvis er det ikke mulig å bruke dagens internettfibre til dette.

Forklaringen er at signalene i dagens optiske fibre over lange avstander må forsterkes en rekke ganger. I dag skjer dette et par ganger mellom Oslo og Trondheim og mange ganger over Atlanterhavet. Problemet er at hver gang man skal forsterke kvanteinformasjon, dukker det opp støy. Dette er ennå ikke løst.

– Det er derfor et godt stykke til eksperimentell realisering over store avstander, sier Johannes Skaar.

Men kvantekommunikasjon over korte avstander på noen mil fungerer allerede i dag.

Sammenfiltrete fotoner

Slik kommunikasjon skjer med sammenfiltrete fotoner. Dette er en fundamental egenskap i kvantefysikken.

Sammenfiltrete fotoner handler om at to fotoner vet om hverandre, selv om de sendes i hver sin retning.

Hvis noen prøver å måle fotonene på vei mellom Oslo og Trondheim, vil fotonene forstyrres.

– Med kvanteteknologi kan man bruke slike sammenfiltrete fotoner til å beskytte informasjonen. Kvantesystemer er svært følsomme for ytre forstyrrelser. Denne følsomheten kan brukes til å beskytte kommunikasjonen mellom to parter. Hvis noen måler eller påvirker det ene fotonet, vil dette kunne oppdages gjennom det andre fotonet. Det betyr at du i teorien har muligheten til å avdekke om noen har tuklet med informasjonen din, forklarer Gunnar Lange.

Informasjonen må da sendes på ny.

– Noen drømmer om å bruke den samme teknologien i et eget kvanteinternett, som skal bli mye tryggere enn dagens internett, men dette er fortsatt et godt stykke unna, sier Lange.

Rundt omkring i verden planlegges det nå kvantekrypteringsnettverk.

– Det er viktig med sikker kommunikasjon. Allerede i dag bruker danske ministerier kvantekommunikasjon seg imellom, forteller professor Jan W. Thomsen, Danmarks fremste kvanteteknolog. Han er leder av Quantum Computing Programme i Novo Nordisk Foundation.

Parallelt jobbes det også med å lage klassiske, kvantesikre algoritmer som skal kunne fungere i dagens internett mot mulige kvantehackerangrep i fremtiden.

– Kvantealgoritmer kan ikke ødelegge for internettet i dag, fordi kvantedatamaskinene ennå ikke er store nok, sier Johannes Skaar.

Det er likevel lurt å utvikle kvantekryptering. Det kan komme en dag vi trenger dette.