How quantum physics can make encryption stronger | Vikram Sharma

Vertaald door: Rik Delaet Nagekeken door: Axel Saffran

Recently, we've seen the effects of cyber attacks on the business world.

Onlangs zagen we de effecten van cyberaanvallen op de zakenwereld.

Data breaches at companies like JP Morgan, Yahoo, Home Depot and Target

Inbreuken op data bij bedrijven als JP Morgan, Yahoo, Home Depot en Target

have caused losses of hundreds of millions

hebben geleid tot verliezen van honderden miljoenen

and in some cases, billions of dollars.

en in sommige gevallen miljarden dollars.

It wouldn't take many large attacks to ravage the world economy.

Niet veel grote aanvallen zijn nodig om de wereldeconomie te verstoren.

And the public sector has not been immune, either.

En de publieke sector is ook niet buiten schot gebleven.

In 2012 to 2014,

Tussen 2012 en 2014

there was a significant data breach at the US Office of Personnel Management.

was er een significante inbreuk op de Dienst voor Personeelsbeleid van de VS.

Security clearance and fingerprint data was compromised,

Veiligheidsmachtiging-gegevens en vingerafdrukken werden gecompromiteerd,

affecting 22 million employees.

hetgeen 22 miljoen werknemers trof.

And you may have heard of the attempt by state-sponsored hackers

Misschien heb je gehoord van hoe staat-gesponsorde hackers probeerden

to use stolen data to influence election outcomes in a number of countries.

om met gestolen data verkiezingsuitslagen in andere landen te beïnvloeden.

Two recent examples are the compromise of a large amount of data

Twee recente voorbeelden zijn het kapen van een grote hoeveelheid gegevens

from the Bundestag, the national Parliament of Germany,

van de Bondsdag, het nationale parlement van Duitsland,

and the theft of emails from the US Democratic National Committee.

en de diefstal van e-mails van het Democratisch Nationaal Comité van de VS.

The cyber threat is now affecting our democratic processes.

De digitale dreiging tast nu onze democratische processen aan.

And it's likely to get worse.

Het wordt waarschijnlijk nog erger.

As computer technology is becoming more powerful,

Naarmate de computertechnologie krachtiger wordt,

the systems we use to protect our data are becoming more vulnerable.

worden de gebruikte systemen om onze gegevens te beschermen kwetsbaarder.

Adding to the concern is a new type of computing technology,

Een nieuw type van computertechnologie voegt daar nog een bezorgdheid aan toe,

called quantum computing,

namelijk de kwantumcomputer,

which leverages microscopic properties of nature

waarbij microscopische eigenschappen van de natuur worden benut

to deliver unimaginable increases in computational power.

om een onvoorstelbare toename in rekenkracht te leveren.

It's so powerful that it will crack many of the encryption systems

Hij is zo krachtig dat hij veel hedendaagse encryptiesystemen zal kraken.

that we use today.

So is the situation hopeless?

Is de situatie dan hopeloos?

Should we start packing our digital survival gear

Moeten we onze digitale overlevingsset klaar houden

and prepare for an upcoming data apocalypse?

en ons voorbereiden op een dreigende gegevensapocalyps?

I would say, not yet.

Ik zou zeggen: nog niet.

Quantum computing is still in the labs,

Kwantumcomputers zitten nog in de ontwikkelingsfase

and it will take a few years until it's put to practical applications.

en het is wachten op praktische toepassingen.

More important,

Belangrijker waren de grote doorbraken op het gebied van encryptie.

there have been major breakthroughs in the field of encryption.

For me, this is a particularly exciting time

Voor mij is dit een bijzonder spannende tijd

in the history of secure communications.

in de geschiedenis van beveiligde communicatie.

About 15 years ago,

Ongeveer 15 jaar geleden,

when I learned of our new-found ability

toen ik hoorde over ons pas ontdekte vermogen

to create quantum effects that don't exist in nature,

om kwantumeffecten te creëren die niet bestaan ​​in de natuur,

I was excited.

was ik enthousiast.

The idea of applying the fundamental laws of physics

Het idee van het toepassen van de fundamentele wetten van de fysica

to make encryption stronger

om encryptie sterker te maken

really intrigued me.

intrigeerde me echt.

Today, a select groups of companies and labs around the world, including mine,

Vandaag is een selecte groep bedrijven en laboratoria over de hele wereld,

waaronder het mijne,

are maturing this technology for practical applications.

bezig met deze technologie te laten rijpen voor praktische toepassingen.

That's right.

Inderdaad.

We are now preparing to fight quantum with quantum.

We bereiden ons nu voor om kwantum met kwantum te bevechten.

So how does this all work?

Hoe gaat dat?

Well, first, let's take a quick tour of the world of encryption.

We beginnen met een snelle rondleiding door de wereld van encryptie.

For that, you'll need a briefcase,

Daarvoor heb je een koffer nodig,

some important documents that you want to send your friend, James Bond,

een aantal belangrijke documenten die je naar je vriend, James Bond, wil sturen,

and a lock to keep it all safe.

en een slot om het allemaal te beveiligen.

Because the documents are top secret, we're going to use an advanced briefcase.

Omdat de documenten ultrageheim zijn, gebruiken we een geavanceerde koffer.

It has a special combination lock

Hij heeft een speciaal combinatieslot

which, when closed,

dat, indien gesloten,

converts all the text in the documents to random numbers.

alle tekst in de documenten naar willekeurige getallen converteert.

So you put your documents inside, close the lock --

Je doet je documenten erin, sluit het slot --

at which point in time the documents get converted to random numbers --

op dat moment worden de documenten omgezet naar willekeurige getallen --

and you send the briefcase to James.

en je stuurt de koffer naar James.

While it's on its way, you call him to give him the code.

Terwijl hij onderweg is, bel je James om hem de code te geven.

When he gets the briefcase, he enters the code,

Als hij het koffertje krijgt, geeft hij de code in,

the documents get unscrambled, and voilà,

de documenten worden gedecodeerd,

en voilà,

you've just sent an encoded message to James Bond.

je hebt net een gecodeerd bericht gestuurd naar James Bond.

(Laughter)

(Gelach)

A fun example, but it does illustrate three things important for encryption.

Leuk voorbeeld, maar het illustreert wel drie belangrijke dingen voor encryptie.

The code -- we call this an encryption key.

De code -- we noemen dit een encryptiesleutel.

You can think of it as a password.

Zie het als een paswoord.

The call to James to give him the code for the combination lock.

Het telefoongesprek met James om hem de code voor het cijferslot te geven,

We call this key exchange.

noemen we de sleuteluitwisseling.

This is how you ensure

Zo verzeker je je ervan

you get the encryption key securely to the right place.

dat de encryptiesleutel veilig op de juiste plaats terechtkomt.

And the lock, which encodes and decodes the document.

En het slot, dat het document codeert en decodeert,

We call this an encryption algorithm.

noemen we een encryptie-algoritme.

Using the key, it encodes the text in the documents

Met de sleutel codeert het de tekst in de documenten

to random numbers.

tot willekeurige getallen.

A good algorithm will encode in such a way

Een goede algoritme zal zodanig coderen

that without the key it's very difficult to unscramble.

dat het zonder de sleutel erg moeilijk te decoderen is.

What makes encryption so important

Wat encryptie zo belangrijk maakt,

is that if someone were to capture the briefcase and cut it open

is dat als iemand de koffer onderschept en opensnijdt,

without the encryption key and the encryption algorithm,

hij zonder encryptiesleutel en encryptie-algoritme

they wouldn't be able to read the documents.

de documenten niet kan lezen.

They would look like nothing more than a bunch of random numbers.

Het zouden alleen maar een hoop willekeurige getallen lijken.

Most security systems rely on a secure method for key exchange

De meeste veiligheidssystemen zijn gebaseerd

op een veilige methode voor sleuteluitwisseling

to communicate the encryption key to the right place.

om de encryptiesleutel op de juiste plaats af te leveren.

However, rapid increases in computational power

Maar de snelle stijging van de rekenkracht

are putting at risk a number of the key exchange methods we have today.

bedreigen een aantal van de belangrijkste uitwisselingsmethoden

die we vandaag hebben.

Consider one of the very widely used systems today -- RSA.

Neem een van de op zeer grote schaal gebruikte systemen van vandaag -- RSA.

When it was invented, in 1977,

Toen het in 1977 werd uitgevonden,

it was estimated that it would take 40 quadrillion years

schatte men dat het 40 biljard jaar zou duren

to break a 426-bit RSA key.

om een 426-bit RSA-sleutel te kraken.

In 1994, just 17 years later,

In 1994, slechts 17 jaar later,

the code was broken.

werd de code verbroken.

As computers have become more and more powerful,

Nu computers krachtiger en krachtiger worden,

we've had to use larger and larger codes.

moeten we langere en langere codes gebruiken.

Today we routinely use 2048 or 4096 bits.

Vandaag gebruiken we routinematig 2048 of 4096 bits.

As you can see, code makers and breakers are engaged in an ongoing battle

Zoals je kunt zien, zijn codemakers en codekrakers

in een voortdurende strijd verwikkeld

to outwit each other.

om elkaar te slim af te zijn.

And when quantum computers arrive in the next 10 to 15 years,

En als kwantumcomputers er in de komende 10 tot 15 jaar aankomen,

they will even more rapidly crack the complex mathematics

zullen ze zelfs de complexe wiskunde

that underlies many of our encryption systems today.

van veel van onze huidige encryptiesystemen nog sneller kraken.

Indeed, the quantum computer is likely to turn our present security castle

Sterker nog, de kwantumcomputer zal waarschijnlijk

van onze huidige veiligheidsburcht een kaartenhuisje maken.

into a mere house of cards.

We have to find a way to defend our castle.

We moeten een manier vinden om onze burcht te verdedigen.

There's been a growing body of research in recent years

Steeds meer onderzoek van de afgelopen jaren

probeert met behulp van kwantumeffecten encryptie sterker te maken.

looking at using quantum effects to make encryption stronger.

And there have been some exciting breakthroughs.

Er zijn een aantal spannende doorbraken geweest.

Remember those three things important for encryption --

Herinner je je die drie dingen die belangrijk zijn voor encryptie:

high-quality keys, secure key exchange and a strong algorithm?

sleutels van hoge kwaliteit,

veilige sleutel-uitwisseling en een sterk algoritme?

Well, advances in science and engineering

Vorderingen in wetenschap en techniek

are putting two of those three elements at risk.

bedreigen twee van die drie elementen.

First of all, those keys.

In de eerste plaats: de sleutels.

Random numbers are the foundational building blocks of encryption keys.

Willekeurige getallen zijn

de fundamentele bouwstenen van encryptiesleutels.

But today, they're not truly random.

Maar vandaag de dag zijn ze niet echt willekeurig.

Currently, we construct encryption keys

Op dit moment maken we encryptiesleutels

from sequences of random numbers generated from software,

van reeksen van willekeurige getallen gegenereerd door software,

so-called pseudo-random numbers.

zogenaamde pseudo-willekeurige getallen.

Numbers generated by a program or a mathematical recipe

Getallen die worden gegenereerd

door een programma of een wiskundig voorschrift

will have some, perhaps subtle, pattern to them.

vertonen altijd een, misschien wel subtiel, patroon.

The less random the numbers are,

Hoe minder willekeurig de getallen zijn,

or in scientific terms, the less entropy they contain,

of wetenschappelijk gezegd, hoe minder entropie ze bevatten,

the easier they are to predict.

des te gemakkelijker zijn ze te voorspellen.

Recently, several casinos have been victims of a creative attack.

Onlangs waren een aantal casino's het slachtoffer van een creatieve aanval.

The output of slot machines was recorded over a period of time

Het gedrag van speelautomaten werd gedurende een tijd opgenomen

and then analyzed.

en vervolgens geanalyseerd.

This allowed the cyber criminals

Hierdoor konden cybercriminelen

to reverse engineer the pseudo-random number generator

de pseudowillekeurige getallen-generator

behind the spinning wheels.

achter de draaiende wielen afleiden.

And allowed them, with high accuracy, to predict the spins of the wheels,

Ze konden met hoge nauwkeurigheid het draaien van de wielen voorspellen

en daardoor grote financiële winsten maken.

enabling them to make big financial gains.

Similar risks apply to encryption keys.

Soortgelijke risico's gelden voor encryptiesleutels.

So having a true random number generator is essential for secure encryption.

Een echt willekeurige getallen-generator

is dus essentieel voor veilige versleuteling.

For years, researchers have been looking at building true random number generators.

Jarenlang hebben onderzoekers gezocht

naar generators van echt willekeurige getallen.

Maar tot op vandaag zijn de meeste ofwel niet willekeurig genoeg,

But most designs to date are either not random enough,

fast enough or aren't easily repeatable.

niet snel genoeg, of niet makkelijk herhaalbaar.

But the quantum world is truly random.

Maar de kwantumwereld is echt willekeurig.

So it makes sense to take advantage of this intrinsic randomness.

Dus is het zinvol om te profiteren van deze intrinsieke willekeurigheid.

Devices that can measure quantum effects

Apparaten die kwantumeffecten kunnen meten

can produce an endless stream of random numbers at high speed.

kunnen snel een eindeloze stroom willekeurige getallen produceren.

Foiling all those would-be casino criminals.

Die zouden alle would-be casinocriminelen een stap voor zijn.

A select group of universities and companies around the world

Een selecte groep van universiteiten en bedrijven over de hele wereld

are focused on building true random number generators.

leggen zich toe op het bouwen van echt willekeurige getallen-generators.

At my company, our quantum random number generator

Bij mijn bedrijf bevond onze kwantum-willekeurige-getallen-generator

started life on a two meter by one meter optic table.

zich aanvankelijk op een optische tafel van één bij twee meter.

We were then able to reduce it to a server-size box.

We konden hem reduceren tot een doos ter grootte van een server.

Today, it's miniaturized into a PCI card that plugs into a standard computer.

Vandaag de dag is hij verkleind tot een PCI-kaart

die in een standaardcomputer past.

This is the world's fastest true random number generator.

Dit is 's werelds snelste echte willekeurige getallen-generator.

It measures quantum effects to produce a billion random numbers per second.

Hij meet kwantumeffecten

om één ​​miljard willekeurige getallen per seconde te produceren.

And it's in use today to improve security

Vandaag wordt hij al gebruikt om de veiligheid te verbeteren

at cloud providers, banks and government agencies

bij cloudproviders, banken en overheidsinstellingen

around the world.

over heel de wereld.

(Applause)

(Applaus)

But even with a true random number generator,

Maar zelfs met een echte willekeurige getallen-generator

we've still got the second big cyber threat:

hebben we nog steeds de tweede grote cyberdreiging:

the problem of secure key exchange.

het probleem van de veilige uitwisseling van sleutels.

Current key exchange techniques will not stand up to a quantum computer.

De huidige technieken voor sleuteluitwisseling

zullen een ​​kwantumcomputer niet kunnen weerstaan.

The quantum solution to this problem

De kwantumoplossing voor dit probleem

is called quantum key distribution or QKD,

heet kwantumsleutelverdeling of QKD,

which leverages a fundamental, counterintuitive characteristic

die een fundamentele, contra-intuïtieve karakteristiek

van de kwantummechanica benut.

of quantum mechanics.

The very act of looking at a quantum particle changes it.

Alleen maar kijken naar een kwantumdeeltje

verandert het.

Let me give you an example of how this works.

Ik geef je een voorbeeld van hoe dit werkt.

Consider again exchanging the code for the lock with James Bond.

Denk nog eens aan het uitwisselen van de code voor het slot met James Bond.

Except this time, instead of a call to give James the code,

Maar nu gaan we James niet bellen om hem de code te geven,

we're going to use quantum effects on a laser to carry the code

we gaan kwantumeffecten op een laser gebruiken om de code over te dragen

and send it over standard optic fiber to James.

en hem over een standaard optische vezel naar James sturen.

We assume that Dr. No is trying to hack the exchange.

We veronderstellen dat Dr. No de uitwisseling probeert te hacken.

Luckily, Dr. No's attempt to intercept the quantum keys while in transit

Gelukkig zal Dr. No's poging

om de kwantumsleutels onderweg te onderscheppen

will leave fingerprints that James and you can detect.

vingerafdrukken achterlaten die jij en James kunnen detecteren.

This allows those intercepted keys to be discarded.

Dan kunnen die onderschepte sleutels worden weggegooid.

The keys which are then retained

De resterende sleutels

can be used to provide very strong data protection.

kunnen gebruikt worden voor zeer sterke databescherming.

And because the security is based on the fundamental laws of physics,

En omdat de veiligheid is gebaseerd op de fundamentele wetten van de fysica,

a quantum computer, or indeed any future supercomputer

zal geen kwantumcomputer, of welke toekomstige supercomputer ook

will not be able to break it.

in staat zijn om ze te kraken.

My team and I are collaborating with leading universities

Mijn team en ik werken samen met vooraanstaande universiteiten

and the defense sector

en de defensiesector

to mature this exciting technology

om deze opwindende technologie te laten rijpen

into the next generation of security products.

tot de volgende generatie van securityproducten.

The internet of things is heralding a hyperconnected era

Het Internet van Dingen is een voorloper van een hyperverbonden tijdperk

with 25 to 30 billion connected devices forecast by 2020.

met naar verwachting 25 tot 30 miljard aangesloten apparaten in 2020.

For the correct functioning of our society in an IoT world,

Voor het goed functioneren van onze samenleving in een IvD-wereld

trust in the systems that support these connected devices is vital.

is vertrouwen in de systemen

die deze aangesloten apparaten ondersteunen van vitaal belang.

We're betting that quantum technologies will be essential in providing this trust,

Wij wedden dat kwantumtechnologieën essentieel zullen zijn voor dit vertrouwen

enabling us to fully benefit from the amazing innovations

en ons in staat zullen stellen

om volledig te profiteren van de verrassende ontdekkingen

that are going to so enrich our lives.

die ons leven zo gaan verrijken.

Thank you.

Dank je.

(Applause)

(Applaus)