Simulador quântico Fujitsu avalia vulnerabilidade do RSA para ameaça de criptografia de computador quântico

Com a crescente preocupação com a ameaça potencial da computação quântica para os métodos criptográficos existentes, a Fujitsu revelou hoje que realizou testes bem-sucedidos para avaliar a vulnerabilidade do sistema criptográfico RSA amplamente utilizado a possíveis ataques de quebra de código por computadores quânticos.

A Fujitsu realizou os testes em janeiro de 2023 usando seu simulador quântico de 39 qubits para avaliar a dificuldade de computadores quânticos quebrar a criptografia RSA existente, usando o algoritmo de Shor (2) para determinar os recursos necessários para realizar tal tarefa. Os pesquisadores da Fujitsu descobriram que seria necessário um computador quântico tolerante a falhas com uma escala de cerca de 10.000 qubits e 2,23 trilhões de portas quânticas para quebrar o RSA, bem além das capacidades dos computadores quânticos mais avançados do mundo hoje. Os pesquisadores estimaram ainda que seria necessário realizar uma computação quântica tolerante a falhas por cerca de 104 dias para quebrar o RSA com sucesso.

Embora a pesquisa revele que as limitações da tecnologia de computação quântica atual impedem a possibilidade dessa ameaça a curto prazo, a Fujitsu continuará avaliando proativamente o impacto potencial de computadores quânticos cada vez mais poderosos na segurança criptográfica, bem como a eventual necessidade de criptografia resistente a quântica. Dr. Tetsuya Izu, Diretor Sênior de Pesquisa de Dados e Segurança da Fujitsu Limited e Engenheiro Distinto Global da Fujitsu, comentou: “Nossa pesquisa demonstra que a computação quântica não representa uma ameaça imediata para os métodos criptográficos existentes. No entanto, não podemos nos descuidar. O mundo precisa começar a se preparar agora para a possibilidade de um dia os computadores quânticos transformarem fundamentalmente a forma como pensamos sobre segurança.”

Com planos de aumentar o desempenho de seu simulador quântico para 40 qubits no primeiro trimestre de 2023 e planos recentemente revelados de construir um computador quântico supercondutor de 64 qubits dentro de 2023 com a cooperação do RIKEN, a Fujitsu permanece na vanguarda da pesquisa e desenvolvimento neste campo crítico.

A Fujitsu apresentará partes dos resultados no Simpósio de Criptografia e Segurança da Informação (SCIS 2023) que será realizado de terça-feira, 24 de janeiro a sexta-feira, 27 de janeiro de 2023, na cidade de Kitakyushu, prefeitura de Fukuoka, Japão e online.

Contexto: O RSA, um algoritmo criptográfico amplamente utilizado, representa um método seguro para garantir a confidencialidade e integridade dos dados para interações digitais, incluindo a transmissão e recepção de informações de cartão de crédito em compras online e a troca de mensagens em redes sociais.

O sistema criptográfico RSA baseia-se no fato de que é difícil factorar um inteiro grande. Como os computadores atuais podem factorar números compostos até 829 bits, os especialistas acreditam que um sistema criptográfico RSA com tamanho de chave de 2048 bits permanecerá seguro com relação a futuras melhorias nas capacidades de computação.

Apesar disso, as preocupações permanecem de que, uma vez disponíveis, os computadores quânticos toleráveis a falhas serão capazes de factorar até números compostos enormes, e, assim, representar uma ameaça potencial à criptografia RSA. Isso significa que, um dia, será necessário mudar do sistema criptográfico RSA para tecnologias alternativas, como a criptografia pós-quântica. Devido à falta de testes correspondentes, estimar os recursos computacionais necessários para que os computadores quânticos realmente realizem a factoração de inteiros de números compostos de 2.048 bits continua sendo uma tarefa difícil, e o tempo da transição para tecnologias alternativas continua incerto.

Sobre a avaliação da segurança da criptografia RSA usando um simulador quântico Para abordar essas questões, a Fujitsu realizou testes de factoração para confirmar a segurança do sistema criptográfico RSA usando o simulador quântico de 39 qubits desenvolvido pela Fujitsu em setembro de 2022.

Dentro dos testes, a Fujitsu implementou um programa de uso geral usando o algoritmo de Shor em um simulador quântico para gerar um circuito quântico que factora o número composto de entrada em fatores primos. Como resultado, a Fujitsu conseguiu factorar 96 inteiros do tipo RSA (um produto de dois primos ímpares diferentes) de N = 15 a N = 511 e confirmou que o programa de uso geral pode gerar circuitos quânticos corretos. Usando o programa acima, a Fujitsu gerou ainda circuitos quânticos que factoram vários números compostos de 10 bits a 25 bits e estimou os recursos necessários dos circuitos quânticos necessários para factorar números compostos de 2.048 bits a partir dos recursos calculados. Como resultado, a Fujitsu descobriu que cerca de 10.000 qubits, 2,23 trilhões de portas quânticas e um circuito quântico com uma profundidade de 1,80 trilhão eram necessários para factorar um número composto de 2.048 bits. Isso equivale a uma calculadora de 104 dias de duração usando um computador quântico tolerante a falhas. Como um computador quântico que possa operar de forma estável e em tal escala não será realizado a curto prazo, os testes da Fujitsu provaram quantitativamente que o sistema criptográfico RSA é seguro contra o algoritmo de Shor por enquanto.

Dentro dos testes, a Fujitsu utilizou seu simulador quântico aproveitando o poder de computação de alta velocidade da CPU “A64FX” do supercomputador “Fugaku” e a tecnologia de computação massivamente paralela da Fujitsu. Usando um sistema de cluster baseado no hardware “FUJITSU Supercomputer PRIMEHPC FX700” da Fujitsu, que possui a CPU A64FX, e uma tecnologia desenvolvida recentemente que reorganiza automaticamente e eficientemente as informações de estado dos qubits, a Fujitsu alcançou um aumento de velocidade de mais de 100 vezes em relação a um sistema sem reorganização em 64 nós e foi capaz de realizar a factoração de N = 253 em 463 segundos, o que antes levava 16 horas.