Dal quantum computing alla crittografia del futuro
La corsa verso il quantum computing sta accelerando in modo esponenziale, e con essa l’urgenza di ripensare completamente la sicurezza delle infrastrutture digitali.
Il progressivo sviluppo del quantum computing porta con sé tantissime opportunità, ma anche nuovi e gravissimi rischi: un attaccante dotato di un computer quantistico sufficientemente potente sarà in grado di compromettere la maggior parte dei sistemi crittografici su cui oggi si basa la sicurezza di Internet.
Principi alla base della rivoluzione quantistica
Quantum computing
Computer che utilizzano fenomeni della meccanica quantistica, come la sovrapposizione quantistica, per eseguire calcoli.
Quantum bit o qubit
Bit che può esistere in uno stato di sovrapposizione quantistica, ossia trovarsi contemporaneamente in tutti gli stati possibili (0 e 1), a differenza dei bit classici che sono solo o 0 o 1.
Con n qubit in sovrapposizione, un computer quantistico può quindi rappresentare 2𝑛 stati contemporaneamente, eseguendo miliardi di operazioni in un solo passaggio, invece che in sequenza.
Ad esempio con 2 qubit, si possono rappresentare contemporaneamente 00, 01, 10, 11. Con 5 qubit, 32 stati in una sola volta.
Decoerenza
La sovrapposizione è fragile. Quando un qubit viene misurato, il suo stato collassa in 0 o 1, perdendo le altre possibilità.
Per mantenere la sovrapposizione, i qubit devono essere isolati da interferenze esterne, spesso raffreddandoli a temperature prossime allo zero assoluto o intrappolandoli con campi elettromagnetici.
L'escalation tecnologica
Lo sviluppo dei computer quantistici è passato dalla teoria alla pratica con un’accelerazione impressionante negli ultimi due decenni.
Primo processore quantistico basato su quantum annealing, D-Wave
Chip Condor, IBM (>1000 qubit fisici, non logici)
Processore Willow, Google (105 qubit)
Majorana One, Microsoft (8 qubit organizzati in una struttura topologica innovativa che si presta alla scalabilità)
Ocelot, Amazon (9 qubit con fault tollerance, cioè tolleranti agli errori e alla rumorosità)
Nighthawk, IBM (120 qubit interconnessi tra loro in una struttura di distributed computing quantistico)
Loon, IBM (112 qubit che incorporano capacità di correzione degli errori)
Le comunicazioni quantistiche
Le quantum communications sono tecniche che utilizzano proprietà della meccanica quantistica per trasmettere informazioni con garanzie di sicurezza fisica.
L’esempio più noto è la Quantum Key Distribution (QKD), che esegue la trasmissione punto-punto su link ottico in fibra o spazio libero di un’informazione segreta codificata in stati quantistici. Sfruttando il teorema di non clonazione qualsiasi tentativo di intercettazione perturba il fenomeno quantistico stesso, rendendo l’attacco teoricamente rilevabile. Questo fornisce una garanzia matematico-fisica di non intercettabilità che va oltre la sicurezza computazionale tradizionale.
La crittografia post-quantum
Una soluzione al problema delle minacce derivanti dall’avanzamento del quantum computing esiste ed è già in fase avanzata di standardizzazione.
La crittografia post-quantum (PQC) utilizza sistemi che non si basano più sui problemi matematici vulnerabili ai computer quantistici, ma su altri problemi: reticoli, codici correttori di errori, sistemi multivariati, isogenie, funzioni hash.
A marzo 2025 è stato aggiunto un algoritmo a quelli standardizzati, e per il 2026 si attende la conclusione del secondo processo di standardizzazione.
Gli algoritmi finora standardizzati sono:
- Due algoritmi per lo scambio di chiave: ML-KEM e HQC-KEM
- Tre algoritmi per la firma digitale: ML-DSA, FN-DSA e SLH-DSA
Il contributo italiano: LEDAcrypt, CROSS e LESS
LEDAcrypt (Low-dEnsity parity-check coDe-bAsed cryptographic systems): algoritmi per lo scambio di chiave e la cifratura asimmetrica
CROSS (Code and Restricted Object Signature Scheme) e LESS (Linear Equivalence Signature Scheme): algoritmi per la firma digitale
Applicazione della crittografia post-quantum
La PQC può essere applicata in tutti gli scenari in cui oggi usiamo crittografia:
- Firma digitale
- Navigazione web sicura
- Reti private virtuali aziendali
- Pagamenti elettronici
- Sicurezza del cloud
- Sicurezza wireless
- Paradigmi futuri e avanzati come The Onion Routing (TOR), blockchain e criptovalute
Con computer quantistici sempre più potenti all’orizzonte e la minaccia concreta degli attacchi store-now-decrypt-later, la transizione alla crittografia post-quantum non è più un’opzione, ma una necessità urgente. Il tempo stringe, e ciò che proteggiamo oggi determinerà la sicurezza delle nostre informazioni per i decenni a venire.
