Kuantum Şifreleme ile Şifrenizi Nasıl Kıracaklar?

Kuantum şifreleme nedir ve kuantum bilgisayarlar başta RSA olmak üzere bugün internette kullanılan şifreleme teknikleriyle üretilmiş şifreleri nasıl kıracak? Kişisel bilgiler, ticari sırlar ve devlet sırlarının güvenliği tehlikede mi? Peki kuantum bilgisayarlara dayanıklı şifreleme teknikleri var mı? Dahası kuantum şifreleme ile oluşturulan parolaları kuantum bilgisayarla kırmak mümkün mü?

Her ne kadar Google satın aldığı D-Wave şirketinin geliştirdiği D-Wave 2000Q kuantum bilgisayarla kuantum üstünlük yakaladığını duyursa da bu haber abartılı. Oysa perşembenin gelişi de çarşambadan belli. Öyle ki IBM 2023’te 1000 kubitlik bilgisayarla kuantum üstünlüğe erişeceğini duyurdu. Sonuç olarak kuantum bilgisayar yarışını kazanan devletler diğer ülkelere karşı haberalma ve sibergüvenlikte öne geçecek. Öyleyse kuantum şifreleme nedir ve nasıl çalışır?

İlgili yazı: Dünyadaki En Ölümcül 5 Toksin Nedir?

 

Kuantum şifreleme ve gözetim devleti

Bugün internette dünyayı yöneten oligarklar bize büyük bir oyun oynuyor. Şifrelenmiş parolalarımız olmadan, Facebook’a girmekten mobil bankacılıkla annemize para göndermeye dek hiçbir şey yapamayız. Oysa sağduyuya aykırı olarak bizim kim olduğumuz belliyken parolalarımız anonimdir (isimsiz). Bu yüzden parolamızı ele geçiren herkes bizim adımıza birçok işlemi yapabilir. Bilgisayar korsanları ve kötü niyetli hackerlar böyle çalışarak dijital bilgilerinizi, paranızı ele geçirebilir.

Parmak izi, iki adımlı doğrulama ve yüz tanıma gibi biyometrik özellikler ek koruma sağlıyor fakat gerçek şu ki devletlerle şirketler muhalefeti bastırmak ya da alakalı reklam göstermek gibi amaçlarla bizi çok iyi gözetliyor. Buna karşın yurttaşların yolsuzluğu ve ulusal çıkarlara aykırı kararları önleyebilmesi için bürokrasiyi gözetlemesi gerekiyor.

Bunun için devletlerin şeffaf, yani gözetlenebilir olması gerekirken yönetimler ticaret ve devlet sırları saklıyor. Bu da yurttaşların kapalı kapılar ardında alınan kararları gerçek zamanlı olarak denetlemesini önlüyor. Öte yandan yurttaşların bireyden güçlü olan devlet aygıtı karşısında eşitlik için anonim olması gerekirken tam kapsamlı izleme cihazına dönüşen akıllı telefonlar bizi tümüyle gözetliyor.

Kuantum bilgisayarla yapılan kuantum şifreleme ise oyunun kurallarını değiştiriyor. Bugün VPN bağlantısı kurmak ve mobil bankacılıkla işlem yapmak için kullandığımız şifreler klasik bilgisayarların kırmasının zor olacağı şekilde geliştirildi. Kuantum bilgisayarlar ise süperpozisyon ve dolanıklık özelliklerinden yararlanarak şifrelerimizi kırıp parolalarımızı ele geçirebilir. Şifrebilimciler işte bunu önlemek için kuantum bilgisayarlara dayanıklı şifreler geliştiriyor. Peki ne kadar başarılı olacaklar?

İlgili yazı: Gerçek Adem: ilk insan ne zaman yaşadı?

 

Kuantum şifreleme teknikleri

Önce en temel bilgiden başlayalım: Parola ile şifre aynı şey değildir. Parolanız Facebook’a girmenizi sağlar ama Facebook parolanızı hackerlardan korumak için şifreleyebilir ki bir dosya ya da bilgiyi şifrelemenin birçok yolu vardır. Biz burada en temel olanını göreceğiz. Nitekim kimsenin kredi kartınızı ele geçirmesi istemez ve bankanızın kişisel bilgilerinizi şifreleyerek korumasını beklersiniz.

Keza güvenli iletişim kurmak isteyen kullanıcılar şifreleme yaparken genel ve özel anahtarlar kullanır. Anahtardan kasıt mesajlarınızı şifrelemekte kullandığınız yöntemdir. Bu bağlamda bir şifreleme algoritması vardır ve bu algoritma bilgilerinizi okunaksız bir hale getirir.

Yine de bunu öngörülebilir şekilde yapar. Şifrelemekte kullanılan yöntemi ve bilgileri bilirseniz şifreyi çözüp veriyi okunaklı hale getirebilirsiniz. Bu iki unsuru içeren şeye anahtar deriz ki anahtar ile bir bilgiyi hem şifreleyebilir hem de şifresini çözebilirsiniz. Genel anahtarlar halka açık olup herkesin aynı yöntemle şifreleme yapmasını sağlar ama şifreyi çözmek için ek bilgi gerekir. Bu da özel anahtarlarda saklanır ve yalnızca özel anahtara sahip olan kişi ilgili şifreyi çözebilir.

Bu ilk bakışta zor gelebilir ancak mantığı basittir: Mesajınızı şifrelemek kolay ama doğru bilgiye sahip olmadıkça şifreyi çözmek çok zordur. Özel anahtar olmadan şifreyi bilgisayarla deneme yanılma yöntemiyle çözmeye kalkarsanız şifreyi kırmanız yıllar, hatta yüzyıllar alabilir. Basit bir örnek verelim:

Online alışverişte şifreleme

Diyelim ki Trendyol’dan alışveriş yapacaksınız. Trendyol ürünü vermeden önce kilidini kendi ürettiği boş sandık verir. Siz de kredi kartı bilgilerinizi sandığa koyup kilitleyerek Trendyol’a teslim edersiniz. Kilidi Trendyol imal ettiği için yalnızca Trendyol sandığı açabilir ve ödemeyi aldıktan sonra kartınızı iade eder. Gerçek hayatta sandık yoktur ama bilgileriniz çözmesi çok zor olan bir matematik problemiyle şifrelenir. Peki şifrelemekte kullanılan en yaygın matematik problemi nedir?

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

 

Kuantum şifreleme ve RSA

Bir hazine sandığını şifreleme kurallarıyla kilitlemenin birçok yolu vardır. En iyi bilineni ise büyük sayıların asal çarpanlarına ayrılmasıdır. Örneğin 98 sayısı 7² x 2’ye eşittir. Bu yöntem RSA algoritmasında kullanılır ki bu da adını onu geliştiren Rivest, Shamir ve Adleman’dan alır.

RSA’da iki büyük asal çarpanı alır ve bunları çarparak çok büyük bir sayı elde edersiniz. Büyük asal çarpanları çarpmanızı sağlayan genel anahtardır. Bu şekilde üretilen çok büyük sayının asal çarpanlarını içeren de özel anahtardır. Genel anahtar ürünü sandığa koyup kilitler ve özel anahtar sandığı açar.

Örneğin 167.012.123 ile 873.343.857 gibi iki büyük asal sayı alır (kendisi ve 1’den başka bir sayıya bölünemeyen sayılar) ve bunları çarparak 14.585.902.836.779.071.147.217.283 sayısını elde edersiniz. Asal çarpanlarını bilmiyorsanız bunu bilgisayarla bulmak çok uzun sürer. Öyle ki bazı sayıları klasik bilgisayarlarla kırmak yüz binlerce yıl alabilir. Pratikte bilgileriniz güvencededir.

Gerçekten öyle mi?

Aslında değil. ABD Ulusal Güvenlik Dairesi (NSA) rastlantıya bakın ki aynı zamanda dünya şifreleme standartlarını belirleyen kurumdur. SWIFT kodundan RSA’ye kadar bütün standartları ABD belirlediği için bu ülkenin küresel egemenliğini yitirmesi şimdilik söz konusu değildir. NSA ise şifre kırmakta ustadır. NSA 2010 itibariyle 4 milyar dolar yatırım yaparak süper bilgisayardan oluşan bir veri merkezi kurdu. Bunlar sayesinde ilk 900 büyük asal çarpanı hesapladı.

Sonra Linux vb.’ne güvenlik açıkları yerleştirerek RSA algoritmasının genellikle bu 900 asal çarpanla sayı üretmesini sağladı. Bir şifreyi kırmak istediği zaman da ilk olarak bu 900 sayıyı deneyerek başarılı oluyor. Tabii konuyu bilenler RSA kullamındaki açıkları kapatıyor ama birçok web sitesi, yazılım ve sunucuda aklımıza gelen gelmeyen binlerce açık var. Kısacası ABD güçlü şifreleri yanlış üretildiği için kırabiliyor. Kuantum bilgisayarlar ve kuantum şifreleme bu yüzden çok önemli. Kuantum şifreleme devletlerin, şirketlerin ve yurttaşların gözetlenmesini önleyecektir. Tabii yaygın kullanılırsa:

İlgili yazı: 5 Soruda Paralel Evrenler

 

Kuantum şifreleme ve kubitler

Kuantum bilgisayarlar klasik bilgisayardan çok hızlı çalışırsa RSA şifrelerini çok kısa sürede kırabilir. Belki klasik bilgisayarla kırması 900 bin yıl alacak bir şifreyi 1 saniye veya birkaç ayda kırabilir ancak bu ifadede bir yanlış var. Kuantum bilgisayarlar matematik problemlerini klasik bilgisayarlardan daha hızlı çözmez, daha ÇABUK çözer. Ne farkı var hocam derseniz:

Bir matematik probleminin 1 milyon parantezli ifade içeren dev bir polinom zinciri olduğunu düşünün (1 +2x) / (x² y³) … vb. Klasik bilgisayar polinomları artarda çözecektir. Soldan birinci ifadeyle başlayıp ikinciye geçecektir. Kuantum bilgisayarlar ise tüm ifadeleri aynı anda çözer. Haliyle problemi daha hızlı çözmüş olur. Kuantum bilgisayarlar tek fiziksel çekirdekle çok fiziksel çekirdekli bir bilgisayar gibi çalışır. Peki bunu nasıl yapar? Kuantum üstünlük başlığında anlattım ama özetle:

Kuantum bilgisayarlar kuantum veri bitleriyle (kubit) çalışır. Bunları üretmek için genellikle foton veya elektronları süperpozisyona sokarsınız. Öyle ki bir elektron süperpozisyonda iken kendi çevresinde hem saat yönünde hem de saatin ters yönünde döner gibi belirsiz bir haldedir (süperpozisyon ve dolanıklık için tıklayın). Bu durumda 1 elektron aslında iki bit içeren bir kubittir. Birbiriyle dolanık iki parçacık 4 bit (ikilik düzende 11, 10, 01, 11) ve 3 parçacık 8 bit içerir. Bu böyle sürüp gider.

Sürüp gider derken 50 kubit 2⁵⁰-1 bit veri işleyebilir! 😮 Böyle bir kuantum bilgisayar ideal olarak 2⁵⁰-1 polinomluk bir problemi saniyenin çok küçük bir kesrinde çözebilir. Kuantum bilgisayarlar işte bu yüzden daha çabuktur.

Hiç acımaz, şifrenizi kırarlar

Kuantum bilgisayarların RSA şifrelemesini kırmakta kullandığı algoritma Shor algoritmasıdır (bunu ayrıca yazacağım ama özetle RSA 1977’de, Shor algoritması da 1994’te geliştirildi). Oysa kimse kendi şifrelerinin kırılmasını istemez ve tahmin edebileceğiniz gibi kuantum bilgisayarlar RSA dışındaki diğer geleneksel şifreleri de kırabilir. Bu yüzden bize kuantuma dirençli yeni bir şifrebilim gerekiyor:

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

 

Kuantuma dayanıklı şifreleme

Şifrebilimcilerle matematikçiler bugünlerde harıl harıl kuantum bilgisayarların klasik bilgisayarlardan daha hızlı çözemeyeceği şifreleme kuralları ve matematik problemleri geliştiriyor. Buna kuantum sonrası şifreleme veya kuantuma dayanıklı şifreleme diyoruz fakat buna daha yeni başladık. Örneğin kuantum şifrelemede şimdilik kuantum bilgisayar kullanmıyoruz; çünkü bunlar o kadar güçlü değil. Kuantum şifrelemeyi kuantum ölçümlemeyle yapıyoruz (kuantum ölçüm problemi için tıklayın). Biz de bunu Bennett ve Brassard tarafından 1984’te geliştirilen BB 84 protokolüyle görelim.

Fizikçiler internette bilgi göndermekten söz ederken göndericiye Alice ve alıcıya Bob der. Araya giren kişi saldırısı düzenleyerek onların ne konuştuğunu gizlice dinlemeye çalışan tarafa da İngilizce kulak kabartmak anlamına gelen evesdropping sözcüğünden esinlenerek Eve ismini verirler. Sıradan yurttaşlar Alice ve Bob, şirketlerle devletler de genellikle Eve rolünü üstlenir.

Kuantum şifrelemede Alice özdönüşü spin yukarı veya aşağı olan elektron durumlarından oluşan rastgele bir dizi oluşturur. Örneğin ikilik sayı düzeninde spin yukarı durum 1’le gösterir ve bu da mantık kapısı olarak evet, açık, yap gibi anlamlara gelir. Spin aşağı durumu da 0’la gösterir ve bu da hayır, kapa, yapma vb. anlamlarına gelir. Elektron spin durumlarını ölçersek bunlar 100011110011 gibi bir dizi oluşturacaktır. Şimdi kuantum şifrelemenin inceliklerini görelim:

İlgili yazı: Virüsler Canlı mı ve RNA Yaşamın kökeni mi?

 

Parçacık spinleriyle şifreleme

İkilik düzende böyle bir sayı dizisi oluşturursanız sizi kolaylıkla gözetleyebilirler ve bunu önlemek için diziyi şifrelemeniz gerekir. Sonuçta sayıları kafadan atarak dizseniz bile kuantum şifreleme kadar rastgele olamaz ve güçlü bir bilgisayar deneme yanılma yöntemiyle sayı dizinizi bulabilir. Neyse ki kuantum şifrelemede sayı dizisi kendi kendini şifreler ve gözetleyen taraf kuantum ölçüme dayalı sayı dizilerini sonsuza dek çalışsalar bile deneme yanılma yöntemiyle bulamaz. Neden derseniz:

Şifreleme Alice’in elektronların dönüşünü hangi yönelimde ölçtüğüne bağlıdır. En basitinden yazılarımda hep spin aşağı ve spin yukarı derim, yani elektronların kendi ekseni üzerindeki özdönüşünü dikey olarak ölçmüş gibi konuşurum. Oysa yatay olarak da ölçebiliriz. O zaman da özdönüş yönleri spin sağ, spin sol olur. Dahası elektronlar spin yukarı/aşağı ya da spin sağ/sola 360 derece üzerinden herhangi bir açı yapabilir. Mesela spin yukarı yönünde 44 derecelik açıyla dönebilir.

Ayrıca belirsizlik ilkesi gereği ve Alice’in belirlediği yönelime göre bütün açılar rastgele değişecektir. Bu da Alice’in 100011110011 gibi bir diziyi önceden belirleyemeyeceği ama mesaj gönderirken her seferinde rastgele olarak yeni bir dizi üreteceği anlamına gelir. Belirsizlik ilkesi nedeniyle elektronların her seferinde ölçüm yönelimine göre nasıl döneceğini önceden bilemez.

Yine de bu sonsuz sayıda elektron olasılığı üretmez, yani kuantum şifrelemeyi hesaplanamaz ve ölçülemez hale getirmez. Alice her ölçümde sonlu sayıda durum ölçecektir; çünkü yine belirsizlik gereği elektronu spin yukarı durumda gözlemliyorsanız spin aşağı durumda olmadığı kesindir. Gözlem sırasında belirsizlik ve süperpozisyon ortadan kalkar (elektronlar sadece belirli bir yönde döner).

İlgili yazı: Einstein’ın Eşdeğerlilik İlkesi Düz Dünyayı Yalanlıyor

 

Bell eşitsizliği ve kuantum şifreleme

Bunu Bell eşitsizliğiyle ifade edersek spin gibi ikili değişkenlerin geçerli olduğu kuantum durumlarında spin yukarı/aşağı gibi ters yönlü dikgen durumlar birbiriyle ilintili değildir. Bu kuantum şifreleme ve birazdan göreceğimiz üzere kuantum ışınlamada ışıktan hızlı iletişimin imkansız olması açısından çok önemlidir. Kuantum şifrelemede Eve sayı dizisini görse bile ne konuştuklarını anlayamaz. Bunun için hem Bob hem de Eve’in Alice’in elektronları yatay mı yoksa dikey mi ölçtüğünü bilmesi gerekir.

Oysa Alice bu bilgiyi içeren özel anahtarı yalnızca Bob’a verecektir. Eve ise hem sayı dizisinin rastlantısal olması hem de enerjinin korunumu yasasının kuantum fiziğine uyarlanmış hali olan klonlama yasak teorimi uyarınca aynı ölçümü tekrarlayamayacaktır. Kuantum fiziğinde bilgiyi kusursuz kopyalamak imkansızdır. Bu nedenle Eve’in Alice’in sayı dizisini tersine mühendislikle çözmesi ve bu diziye bakarak elektron spinini hangi yönde ölçtüğünü bulması imkansızdır ama dahası var: kuantum internet.

Gelecekte Alice sayı dizilerini Bob’a kuantum internet üzerinden gönderecek. Kuantum internet de kuantum dolanıklıkla çalışır. Eve klasik internette Alice ile Bob’ı gözetleyebilir ama özel anahtar olmadan ne konuştuklarını anlayamaz. Kuantum internette ise gözetleme yapması bile imkansızdır; çünkü araya giren kişi saldırısı düzenlediği anda dolanıklık bozulur. Alice ile Bob’ın iletişimi kesilir ve bu sayede gözetlendiklerini de anlamış olurlar. Peki şifrelemeyi direkt kuantum bilgisayarlarla yaparsak ne olur? O zaman Eve’in özel anahtarı ele geçirmesi imkansız olur.

Kaba kuvvet kullanmak

Normalde Eve psikopata bağlayıp Alice’i özel anahtarı göndermeden önce veya Bob’ı özel anahtarı almadan önce kaçırabilir. Sonra da zorla konuşturabilir fakat özel anahtarı direkt kuantum bilgisayar üretirse bu da işe yaramaz; çünkü kuantum bilgisayarlar dolanıklıkla çalışır. Bilgisayara zorla erişim sağladığınızda dolanıklığı bozar içerdiği özel anahtarı yok etmiş olursunuz. Özetle kuantum bilgisayarlar hacklenemez. Bu yüzden ABD, Çin ve İngiltere gibi ülkeler ilk kullanışlı kuantum bilgisayarı geliştirme yarışına girdiler. Kuantum bilgisayarı ilk kim yaparsa bilgilerini güvenceye almış olacak. Peki bugün klasik internetten gönderilen kuantum şifreleri Eve’in Bob’ı kaçırması ihtimaline karşı nasıl koruyoruz?

İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem

 

Kuantum şifreleme ve ölçüm yönelimleri

Kuantum şifreleme kendi kendini şifreler dedim ama özel anahtarı Bob’a gönderirken yapılan kuantum hilesini, yani iki adımlı doğrulama gibi çalışan ek koruma özelliğini henüz anlatmadım. Bunun için kuantum şifrelemeyi daha detaylı görelim: Bob’ın Alice’in mesajını çözmesi için Alice’in hangi yönelimde ölçüm yaptığını bilmesi gerekir dedik ama ek güvenlik için kuantum internet gerekiyor:

Yukarıda kuantum anahtar dağıtımının klasik internette nasıl yapıldığını gördük. Bunun zincirin en zayıf halkası olan insanlar açısından ne tür riskler doğurduğunu da açıkladık ama kuantum internet geldi bile! Çin üç yıldır uyduyla uzaydan kuantum internet bağlantısı kuruyor ve özel anahtarları kuantum internetle dağıtıyor. ABD ve İngiltere de kendi kuantum internetini geliştiriyor.

Peki kuantum internette anahtar dağılımı nasıl yapılıyor? Kuantum dolanıklıkla: Alice’in mesaj göndermek için ölçüm yaptığı elektronlarla Bob’ın mesaj almak için ölçüm yaptığı elektronlar dolanıktır. Öyle ki Alice rastgele ölçümlerle elektron durumlarını gösteren benzersiz bir sayı dizisi oluşturur ve bu da otomatik olarak Bob’ın dolanık elektronlarına aktarılır. Bu durumda Alice ile Bob kendi elektronlarını rastgele ölçecek ve Bob’ın karşısına her seferinde rastgele bir sayı dizisi çıkacaktır.

Tabii Alice bir ölçümde elektronu spin yukarı olarak görüyorsa Bob da onun dolanık eşi olup kendi odasında bulunan elektronu spin aşağı durumda görecektir. Oysa Bob rastgele ölçüm yapacak dedik. Dolayısıyla bu durumların hangisinin Alice’in durumlarının dolanık eşi (ayna görüntüsü) olduğunu bilmeyecektir. Bunun için Alice’in “Ben elektronlarımı dikey yönelimde ölçtüm. Yalnızca dikey ölçümleri dikkate al” demesi gerekir. Bu da bizi özel anahtarın sibergüvenlikte rolüne getiriyor:

İlgili yazı: Zamanda Yolculuk Etmenin 9 Sıra Dışı Yolu

 

Kuantum şifreleme ve kuantum internet

Oysa kuantum internetin henüz deneme aşamasında olmasına rağmen kuantum anahtar oluşturma ve dağıtım hizmetlerinin ticarileştiğini söyledim. Kısacası ticari amaçlı kuantum anahtar dağıtımı klasik internet üzerinden yapılıyor. Bu durumda Eve’in Alice veya Bob’ı kaçırıp özel anahtarı alması nasıl engelleniyor? Bunun için neredeyse internet kadar eski çift kör yöntemi kullanılıyor.

Kuantum Darwinizmde belirttiğim gibi kuantum ölçümler için bilinçli gözlemci şart değildir. Alice özel anahtarı oluştururken sadece yatay veya dikey ölçümler yapmaya karar verir fakat ölçümleri Alice değil, detektörler yapar. Dolayısıyla Alice’in ölçülen elektron durumlarını gösteren sayı dizisini bilmesine gerek yoktur. Sadece dikey ölçüm yaptığını bilmesi yeterlidir.

Bu elektronlar Bob’ın elektronlarıyla dolanık olduğu için kuantum durumlarının ayna görüntüsü Bob’ın elektronlarına otomatik olarak aktarılacaktır. Ardından Alice Bob’a telefon açıp ben yatay ölçüm yaptım der. Bob’da kutuyu açıp elektronlara yatay ölçümle bakar. Kısacası Alice’in Bob’a özel anahtar göndermesine bile gerek yoktur. Kuantum şifreleme kendi kendisinin özel anahtarıdır.

Öyle ki Alice’in bakmadan yaptığı ölçümlerin Bob’ın elektronlarına aktarılması genel anahtarla yapılan kuantum şifrelemedir. Alice’in Bob’a yatay ölçüm yaptım demesi özel anahtarı tetikleyecek klasik bilgidir. Bob’ın yatay ölçüm yapması da özel anahtarı o an oluşturarak kuantum şifrelemeyi çözer ve Bob’ın Alice’in mesajını almasını sağlar. Tabii özel anahtar tetikleyicisi ancak telefon veya internetle maksimum ışık hızıyla aktarılacağı için ışıktan hızlı iletişim mümkün değildir. Peki ya sibergüvenlik?

İlgili yazı: Makinedeki Hortlak: Özgür İrade Kuantum Bilinç mi?

 

Çift kör yöntemi

Eve’in Alice’i ele geçirmesi bu yüzden işe yaramaz. Eve, ancak Alice’in Bob’a mesaj göndereceğini ve Bob’ın kim olduğunu bilirse; yani mesaj almadan önce Bob’ın yerine geçerse mesajı ele geçirebilir. Oysa Bob da gerçek Bob olduğunu kanıtlamak için aynı yöntemle Alice’e kendi kuantum anahtarını gönderebilir! 😮

Bu anahtar da Alice’in yöntemiyle oluşturulur. Bu kez kimlik doğrulama için Bob gönderici ve Alice alıcı olur. Çift kör yöntemi budur. Dolayısıyla Eve’in Bob’ın yerine geçmesi yetmez, Bob’ın kuantum anahtar tetikleyicisini de öğrenmesi (buna hash denir) ve ardından Bob’ın kuantum anahtarını Alice’e göndermesi gerekir. Bu bir güvenlik riskidir ama bunun da çözümü var:

Alice ve Bob kuantum anahtarlarını kuantum bilgisayarla üretirse yatay veya dikey yönelimle ölçüm yaptıklarını bilmelerine de gerek kalmaz. ; Bu durumda gönderici kuantum bilgisayar elektronlara yatay ölçüm yapar ve bunu kuantum internet üzerinden kendisiyle dolanık alıcı kuantum bilgisayara gönderir.

Böylece kuantum bilgisayarlar kendi aralarında genel anahtarla şifreleme yapmış ve özel anahtarla mesajı açmış olur. Eve’in değil, Alice ve Bob’ın bilgisayarları olduklarını da kuantum kimlik doğrulamayla kanıtlar. Dikkatli okurlar kuantum ölçümü kuantum bilgisayarlarla birleştirip bunları çift kör yöntemiyle birbirine kuantum internet üzerinden bağlayarak çok güvenli bir bağlantı kuracağımızı görecektir.

Kuantum blokzincir

Bir de çift kör hashlemeyi kuantum blokzincir gibi dağıtık veya merkezsiz bir sistemle yaparsak güvenlik düzeyini binlerce kat artırmış oluruz. Google Leap 2 ve IBM de Q Experience ile kuantum bilgisayarlarını buluta açtılar. Bunlar şimdilik klasik internetle bağlanıyor ama gelecekte kuantum internet ve kuantum blokzincirle çalışacaklar. Öyleyse kuantum bilgisayarlarda ne aşamadayız?

İlgili yazı: Stephen Hawking Evren Sonsuz Değil Dedi

 

Kuantum şifreleme ve RSA

Kuantum üstünlük konusuna geri dönelim. Bugünkü kuantum bilgisayarlar bırakın kuantuma dayanıklı şifrelemeyi, RSA şifrelemeyi bile kıracak kadar güçlü değildir. Evet, IBM 2023’te 1000 kubitlik bir kuantum bilgisayar üreteceğini duyurdu ama o da yalnızca 10 ila 50 kubitlik mantık işlemi yapacak. Öyle ki isterseniz 1 milyon kubiti dolanıklığa sokun, hiç fark etmez. Önemli olan kaçıyla mantık işlemi yapabildiğinizdir. Kuantum bilgisayarların işlem gücü işlem yapabilen kubit sayısıyla ölçülür, dolanıklığa sokulan kubitlerle değil. Kuantum bilgisayarlar 10 yıldan önce RSA’yi kıramayacaktır.

30 yıl sonra ise işler çok değişecek ve neden derseniz bir kubit ırkçılığı tutturmuşuz gidiyor. Tamam kuantum fiziğinde sadece iki parçacık tam dolanık olabilir ama kısmi dolanıklık diye bir şey var. Kutritler yazısında belirttiğim gibi üç parçacığı, hatta gücünüz yetiyorsa 1000 parçacığı “işlem” dolanıklığına sokabilirsiniz. Örneğin 5 kubiti dolanıklığa sokup tek bir süper kubit üreterek bunu başka bir 5 kubitlik süper kubitle kısmi dolanıklığa sokabilirsiniz. Peki bu ne anlama geliyor?

Bu kuantum bilgisayarların sanılandan çok daha hızlı ölçeklenebileceğini gösteriyor. Kutritler yaygınlaşırsa RSA şifresini 10 yıla kalmadan kırmak mümkün olabilir. Öyleyse yazının başındaki soruya net yanıt verelim:

Kuantum bilgisayarlar bugün internette kullanılan bütün şifreleri kıracaktır. Hatta kuantuma dayanıklı olduğu sanılan bazı şifreleri de kısa sürede kıracaktır. Gelecekte kuantum şifreleme dışındaki bütün şifreleri hiper ölçeklenebilirlik ile kırabilecektir fakat iki sorun var: 1) Kuantum hata düzeltme ve 2) N=NP? Kuantum bilgisayarların sınırları nedir?

İlgili yazı: Dünyadaki En Ölümcül 5 Toksin Nedir?

 

Kuantum şifreleme ve N=NP

Kuantum bilgisayarların kuantuma dayanaklı olduğu öne sürülen bütün şifreleri kırabilmesinin tek bir yolu var. Matematikte N=NP olmak zorunda. Sonuçta evrende çözümünü bilmediğimiz sonsuz problem vardır. Oysa N=NP ise nasıl çözeceğimizi bilmediğimiz bir problemi bile sonlu sürede çözeceğimizi ve hatta klasik veya kuantum bilgisayarla bunu çözmenin ne kadar zaman alacağını biliriz.

Örneğin kuantum bilgisayarınız size der ki “Ben bunu şimdi kıramam ama kuantuma dayanıklı bu şifreyi 1000 kubit işlem gücü olan bir kuantum bilgisayarla 12 yıl sonra kırabilirsin.” Kehanet gibi bir şey değil mi? İşte bu yüzden N=NP olduğunu ve bunu matematiksel olarak kanıtlayabileceğimizi sanmıyorum. Birçok matematikçi de benimle aynı görüşte. Neden derseniz:

N=NP ise kuantum bilgisayarlar 10⁵⁵⁰⁰ yıl sürse bile bütün şifreleri sonlu sürede kıracaktır. Sonsuzluk kadar uzun gelen ama sonlu bir sürede kıracaktır. Gerçi bu kuantuma dayanıklı birçok şifrenin pratikte kırılamaz olması, yani kuantum şifreleme ile gizli bilgileri korumanın mümkün olması demektir. Öyleyse bugünkü sömürgen oligarşiyi korumak isteyen egemenler insanların bilgiye erişimini kuantum bilgisayarları herkesin satın alamayacağı kadar pahalı kılarak ve interneti gözetleyerek kısıtlayabilir.

Bu durumda tek kurtuluş kuantum blokzincir veya kuantum tabanlı diğer dağıtık yapay zeka ve iletişim sistemleri olabilir. Bunlar iletişim yönetimini insanların elinden alıp kendi içinde çift kör olarak saklarsa egemenler ortadan kalkar; çünkü bütün insanların bilgiye erişim imkanı birbirine eşit olacaktır. Herkes her şeyi bilecek, bilgi orta malı olduğu için ayrıcalıklı istihbarat değerini yitirecektir.

İlgili yazı: Mor Dünya Hipotezi: Fotosentez Nasıl Başladı?

 

Kuantum şifreleme ve özgür irade

Tabii burada kuantum yapay zekanın insanlar gibi bencil olmayacağını. Tıpkı doğa olayları gibi tarafsız olacağını varsayıyoruz. Oysa kötü niyetli yapay zeka da olabilir. Buradaki asıl tehlike bu kez de kuantum blokzincir süper zekasının bilgi tekeli olup insanlığı ele geçirerek sömürmesidir. Belki kuantum zincirin merkezsiz yapısı Oxford Üniversitesi felsefe profesörü Nick Bostrom’ın Singleton dediği bu süpermerkezi yapay zeka diktatörlüğünü önleyebilir. Belki…

Bir de özgür irade sorunu var tabii: N=NP ise özgür irade yoktur; çünkü N=NP evrendeki her şeyin bilinebilmesi demektir. O zaman da bizler determinist evrende kendini özgür sanan ve beynimizin bilişsel süreçlerinin otomatik sonucu olan basit birer otomat oluruz. Bütün bunlar kuantum bilgisayarların teorik sınırlarıdır ama kaygılanmayın. Pratik nedenlerle kuantum bilgisayarlar asla sandığımız kadar güçlü olmayabilir:

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

 

Kuantum şifreleme sınırları

Kuantum Darwinizm gözle görülecek kadar büyük atom gruplarını bilgi işlem yapacak kadar güçlü bir dolanıklığa sokamayacağımızı gösteriyor. Sonuçta kuantum bilgisayarların çalışmasını sağlayan dolanıklık ile süperpozisyonun büyük ölçeklerde nasıl bozulduğunu ve nesnel gerçekliğin nasıl ortaya çıktığını gösteriyor. Buna teknik olarak Landauer Limiti ve kuantum hata düzeltme sınırı diyoruz.

Landauer limiti kuantum bilgisayarların termodinamik açıdan yüzde 100 verimli olamayacağını söyler. Buna göre kubitlerin ısınma veya çok sayıda kubitin dolanıklığa sokulması gibi nedenlerle bir saatten sonra mutlaka hata vermesi gerekir. Kuantum bilgisayarların tek tek parçacıklar için zamanı bir anlamda geriye alarak hata düzeltme yapması mümkün ama bütün hataların düzeltilmesi imkansızdır. Kuantum hata düzeltmenin bir sınırı vardır.

Bu yüzden kuantum bilgisayarlar asla bütün şifreleri kıracak kadar güçlü olamayacaktır. Bütün bunlara felsefe gözüyle bakarsak insanı insanın açgözlülüğünden koruyacak sihirli bir teknoloji olmadığını, ancak insanların bencil olmaktan vazgeçebileceğini görüyoruz. Yine de teknoloji gözetim devletini pratikte işlevsiz kılabilir. Kuantum üretim biçimleri gelirse ekonomik üretim biçimleri değişecektir. Gerisini Marx’tan biliyoruz. Ekonomik üretim biçimleri değişirse yönetimler değişir.

İlgili yazı: Gerçek Adem: ilk insan ne zaman yaşadı?

 

Toparlayacak olursak

• Kuantum bilgisayarlar bugün internette kullanılan bütün geleneksel şifreleri uzak veya yakın gelecekte kıracaktır.
• Kuantum bilgisayarlar kuantuma dayanıklı bazı şifreleri kıracak ve bunu sanılandan çok daha kısa sürede yapacaktır.
• Kuantum bilgisayarların kuantuma dayanıklı bütün şifreleri kırması büyük olasılıkla imkansızdır.
• Türkiye’nin şimdiden kuantuma dayanıklı şifreler geliştirmesi gerekir. Yoksa ABD onaylı şifreleme tekniklerini kullanmaya devam eder ve gözetlenmeye hep açık oluruz.

Peki evren kendi simülasyonunu yapan doğal bir bilgisayar mı? Onu da şimdi okuyabilir ve evrenin bilgi işlem kapasitesine bakarak fizikte tanrı var mı diye sorabilirsiniz. Kuantum anahtarlar kuantum ölçümlerle oluşturuluyor derken kuantum fiziğindeki ölçüm problemini inceleyebilirsiniz. Kuantum dolanıklıkla ışıktan hızlı iletişim imkanına ek olarak evrene hükmeden 4 fizik kuvveti ve 10 temel etkiye göz atabilirsiniz. Bol sohbetli sofralar ve sağlıklı günler dilerim.

Kuantum şifrelemeyle sibergüvenlik

¹Quantum cryptography: key distribution and beyond
²Quantum Cryptography
³Advances in Quantum Cryptography
⁴Temperature scaling law for quantum annealing optimizers