วิทยาการรหัสลับหลังยุคควอนตัมคืออะไร?

แม้ว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีความสามารถในการเจาะการเข้ารหัสลับแบบกุญแจสาธารณะ เช่น RSA และวิทยาการรหัสลับแบบเส้นโค้งวงรีจะยังไม่เกิดขึ้นจริง แต่ก็ยังสามารถส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อความปลอดภัยในปัจจุบันได้เมื่อเทคโนโลยีพร้อมใช้งาน ผู้โจมตีที่ซับซ้อนที่สุดในปัจจุบันกำลังใช้กลยุทธ์ที่เรียกว่า "เก็บเกี่ยวตอนนี้ ถอดรหัสทีหลัง" โดยการดักจับและจัดเก็บข้อมูลการสื่อสารที่เข้ารหัสไว้ในขณะนี้ จากนั้นจึงรอคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีประสิทธิภาพเพียงพอมาถอดรหัส

ข้อมูลที่ละเอียดอ่อนใดๆ ที่ส่งในวันนี้ เช่น ประวัติการรักษาพยาบาล การสื่อสารทางกฎหมาย หรือการติดต่อสื่อสารส่วนตัว อาจตกอยู่ในความเสี่ยงได้ในภายหลัง นี่คือสาเหตุที่ต้องเปลี่ยนผ่านไปใช้อัลกอริทึมที่ต้านทานควอนตัมตั้งแต่เนิ่นๆ ก่อนที่ภัยคุกคามจะเกิดขึ้นจริง เนื่องจาก การเปลี่ยนระบบการเข้ารหัสลับทั่วทั้งอินเทอร์เน็ตต้องใช้เวลาหลายปี

วิทยาการรหัสลับแบบกุญแจสาธารณะส่วนใหญ่ในปัจจุบันอาศัยปัญหาทางคณิตศาสตร์ที่แก้ได้ง่ายในทิศทางเดียว แต่ยากในทางกลับกัน เช่น การคูณจำนวนเฉพาะขนาดใหญ่สองจำนวนเข้าด้วยกัน (ง่าย) เทียบกับการแยกตัวประกอบของผลลัพธ์กลับเป็นจำนวนเฉพาะ (ยาก)

อัลกอริทึมของชอร์(หน้าต่างใหม่) ซึ่งออกแบบมาสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัม จะโจมตีจุดที่ยากดังกล่าวโดยเฉพาะ ซึ่งจะบ่อนทำลาย RSA และวิทยาการรหัสลับแบบเส้นโค้งวงรี (รวมถึง Curve25519) ซึ่งเป็นกระดูกสันหลังของอีเมลที่เข้ารหัส TLS และ VPN(หน้าต่างใหม่) ในปัจจุบัน

การขยายขนาดให้เป็นคิวบิตเชิงกายภาพหลายล้านคิวบิตตามที่ต้องการ ถือเป็นความท้าทายทางวิศวกรรมครั้งใหญ่ที่ยังไม่มีสถาบันใดแก้ไขได้ อย่างไรก็ตาม ผู้เชี่ยวชาญส่วนใหญ่เชื่อว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่เกี่ยวข้องกับวิทยาการเข้ารหัสลับนั้นเป็นเรื่องของ เมื่อใด ไม่ใช่ ว่าจะเกิดขึ้นหรือไม่ ระยะเวลาที่คาดการณ์ไว้มีตั้งแต่สิบปีไปจนถึงหลายสิบปี ความไม่แน่นอนนี้คือเหตุผลว่าทำไมการเปลี่ยนผ่านไปสู่วิทยาการรหัสลับหลังยุคควอนตัมจึงต้องเริ่มขึ้นตั้งแต่วันนี้

วิทยาการรหัสลับหลังยุคควอนตัม (PQC) คือเจเนอเรชันใหม่ของอัลกอริทึมการเข้ารหัสลับที่ออกแบบมาเพื่อความปลอดภัยจากทั้งคอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิมและคอมพิวเตอร์ควอนตัม ต่างจากการแจกจ่ายคีย์ควอนตัม (ซึ่งต้องใช้ฮาร์ดแวร์พิเศษ) อัลกอริทึม PQC ทำงานบนคอมพิวเตอร์ทั่วไปและสามารถปรับใช้ในรูปแบบของการอัปเดตซอฟต์แวร์ได้ ซึ่งหมายความว่าจะสามารถแทนที่อัลกอริทึมที่เปราะบางในปัจจุบันได้โดยไม่ต้องสร้างโครงสร้างพื้นฐานใหม่

ในปี 2024 สถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติของสหรัฐอเมริกา (NIST) ได้สรุปมาตรฐาน PQC ชุดแรกเป็นที่เรียบร้อย อัลกอริทึมตัวเต็งอันดับต้นๆ อิงตามปัญหาแลตทิซ ซึ่งเป็นคณิตศาสตร์อีกประเภทหนึ่งที่อัลกอริทึมของชอร์ไม่สามารถช่วยประมวลผลให้เร็วขึ้นได้ ต่างจากการแยกตัวประกอบจำนวนเต็มขนาดใหญ่ตรงที่ความยากของปัญหาแลตทิซจะไม่ย่อลงภายใต้การโจมตีแบบควอนตัม

วิทยาการรหัสลับหลังยุคควอนตัมที่เป็นมาตรฐานและมีการปรับใช้อย่างแพร่หลายนั้นยังถือว่าเป็นเรื่องใหม่ และยังไม่ผ่านการตรวจสอบจากสาธารณะมานานหลายทศวรรษเหมือนกับ RSA และวิทยาการรหัสลับแบบเส้นโค้งวงรี แนวทางที่ปลอดภัยที่สุดคือ วิทยาการรหัสลับแบบไฮบริด: โดยการซ้อนอัลกอริทึมหลังยุคควอนตัมไว้บนอัลกอริทึมแบบดั้งเดิม ข้อมูลจะได้รับการปกป้อง เว้นแต่ผู้โจมตีจะสามารถเจาะระบบทั้งสองอย่างได้พร้อมกัน ซึ่งต้องใช้ทั้งความก้าวหน้าทางควอนตัมและความก้าวหน้าแบบดั้งเดิม

เปิดตัวการปกป้องหลังยุคควอนตัมใน Proton Mail ในเดือนพฤษภาคม 2026 พร้อมใช้งานในทุกแผน เมื่อเปิดใช้งานแล้ว Proton Mail จะสร้างคีย์ที่พร้อมรับมือหลังยุคควอนตัมสำหรับอีเมลที่เข้ารหัสลับใหม่ เพื่อปกป้องข้อความจากทั้งภัยคุกคามในปัจจุบันและคอมพิวเตอร์ควอนตัมในอนาคต