Anticiperen op het grote onbekende

3 oktober 2019

Als je de verhalen mag geloven, dan biedt quantumtechnologie met name voordelen. Toch kleven er ook nadelen aan. Zo wordt ervan uitgegaan dat quantumcomputers straks in staat zijn huidige cryptografische protocollen kunnen kraken. Onder meer bij TNO wordt daar op geanticipeerd.

Door: Frits de Jong

In de politiek hebben ze er een broertje dood aan, maar er zijn ook beroepsgroepen waar ze er niet genoeg van kunnen krijgen. De ‘wat als-vraag’. Neem Thomas Attema, sinds 2013 werkzaam bij TNO. Als cryptograaf bij de afdeling Cyber Security Robustness van de Haagse afdeling van TNO is Attema vrijwel dagelijks bezig met de vraag ‘wat als?’. “Als cryptograaf kijk ik specifiek naar de relatie met quantumtechnologie en dat draait grotendeels toch om aannames. ‘Wanneer verwachten we de quantumcomputer?’, ‘Komt er überhaupt een quantumcomputer?’, ‘Hoeveel qubits zijn er nodig om huidige cryptografische protocollen te breken?’. Met dat soort vragen houden wij ons bezig”, aldus Attema, die in 2016 binnen TNO de opdracht kreeg om te kijken wat de impact van quantum op het eigen ICT-cluster zou kunnen zijn en hoe daar het beste op voor te bereiden. “Als organisatie deden wij in die tijd al aardig wat met quantum, maar dat waren vooral onze afdelingen in Delft. Vanuit ICT deden we nog niks met het onderwerp. Ik kreeg honderd uur tot mijn beschikking om mij in het onderwerp te verdiepen en in korte tijd is dat uitgegroeid tot een groep van zo’n twintig ICT’ers die zich nu binnen TNO bezighoudt met het onderwerp quantum. Mijn expertise is de cryptografie.”

Dat het aantal mensen binnen TNO dat zich bezighoudt met quantum zo snel is gegroeid, zegt iets over de impact van het onderwerp. “Quantum biedt kansen, maar zeer zeker ook bedreigingen. Een van die bedreigingen heeft te maken met cryptografie. De aanname is dat een quantumcomputer, die voldoende groot, snel en over genoeg kwaliteit beschikt, straks de huidige cryptografische primitieven kan breken. Dat betekent dat veel van de communicatie die we over het huidige, klassieke internet doen, niet meer veilig is. In een defensief opzicht is het belangrijk om je daar op voor te bereiden. Wat het zo moeilijk maakt is dat je in de cryptografie zo ver vooruit moet kijken. Al is de quantumcomputer er nu nog niet, en je ook niet honderd procent kunt zeggen of die er ooit komt, je moet er wel degelijk rekening mee houden. Dat houdt in dat de data die nu verstuurd worden met de ‘verkeerde’ methode, over tien, twintig of dertig jaar ontcijferd kunnen worden met behulp van die quantumcomputer. In de cryptografie gaan wij daarbij uit van de meest conservatieve aannames. Wij gaan ervan uit dat iemand die kwaad wil beschikt over een grote en volledig functionele quantumcomputer. Het betekent dat we af en toe mogelijk wat te conservatief zijn.”

Naast de dreigingen biedt quantum ook kansen en oplossingen. Ziet ook Attema. “Op cryptografisch vlak bijvoorbeeld zijn er met quantumtechnologie bepaalde dingen mogelijk die niet kunnen met de klassieke technologie. Maar ook buiten de cryptografie liggen er kansen. Neem sensornetwerken. Met behulp van quantumtechnologie zijn verschillende van die netwerken aan elkaar te koppelen. Door gebruik te maken van quantum worden de waarnemingen van die sensornetwerken veel nauwkeuriger.” Als het specifiek gaat om quantumcomputers verwacht Attema dat een van de eerste toepassingen waar straks naar wordt gekeken, het simuleren van systemen is die zich al quantummechanisch gedragen. “Dan heb je het bijvoorbeeld over het ontwikkelen van nieuwe materialen, nieuwe moleculen. Voor het simuleren van dat soort systemen is extreem veel rekenkracht nodig. Klassieke computers zijn gehouden aan een maximum. Vaak wordt zestig of zeventig qubits genoemd als getal dat een klassieke computer nog kan simuleren. Daarboven moeten zij noodgedwongen afhaken en heb je een quantumcomputer nodig.”

Gemeenten

Even terug naar de dreigingen. In een recente podcast van TNO stelde Thomas Attema dat organisaties die versleutelde informatie hebben die is opgeslagen met oude technieken, op moeten passen straks niet de boot te missen of mogelijk nu al te laat zijn. “Neem gemeenten. Die werken met persoonsgegevens waarvan de meeste niet zomaar publiek mogen worden. Of zij de boot missen en misschien al te laat zijn om maatregelen te treffen, hangt overigens wel af van een aantal variabelen. De eerste is wanneer de quantumcomputer er komt. Hoe lang duurt die ontwikkeling? Stel dat het nog honderd jaar duurt, dan betekent dat de data die we nu versturen, nog minimaal honderd jaar veilig zijn. Voor het gros van de data zitten we dan goed. Maar wat als die computer er eerder is, bijvoorbeeld binnen tien jaar? Dan is het een heel ander verhaal. Een andere variabele is hoe lang data veilig moeten blijven. Sowieso moet die kleiner zijn dan de eerste variabele. Verder heb je ook nog de tijd die nodig is om je infrastructuur aan te passen. De lastigheid is dat je niet kunt zeggen of en zo ja, wanneer die quantumcomputer komt. Dat betekent dat het ook moeilijk is om te bepalen wanneer je dingen gaat aanpassen, bijvoorbeeld in de infrastructuur.”

Om klaar te zijn voor de quantumtoekomst, is het zaak dat er op verschillende terreinen actie wordt ondernomen. Attema beaamt dat. “Zo zal de academische wereld de primitieven moeten onderzoeken. Zij moeten nieuwe algoritmen, protocollen en standaarden ontwikkelen en ik zie dat zij daar op dit moment ook al druk mee bezig zijn. Daarnaast heb je een aantal andere partijen, waar overheden zeker toebehoren, die het voortouw moeten nemen. Zij moeten, op verschillende niveaus, aankaarten dat er ook zeker serieuze dreigingen meekomen met de komst van quantumtechnologie en daar ook actie op ondernemen. Wat dat betreft ben ik blij met bijvoorbeeld het ministerie van Economische Zaken en Klimaat. Zij investeren in de ontwikkeling van de quantumcomputer en onderzoek daarnaar en zijn ook actief betrokken bij QuTech in Delft, waarvan TNO een van de oprichters is. Daarnaast worden er vanuit de overheid onderzoeksprojecten gefinancierd naar post-quantum cryptografie, technieken om je te beschermen tegen quantumcomputers. Een van de partijen die daar druk mee bezig is, is Defensie. Voor hen is het ook wel echt noodzaak.”

CWI

Thomas Attema is niet alleen verbonden aan TNO, maar is als PhD-student ook één dag per week te vinden bij CWI, het Centrum Wiskunde & Informatica in Amsterdam. “Bij CWI kijken we vooral naar die post-quantum cryptografie en bestudeer ik met name allerlei wiskundige structuren en problemen en kijk hoe die zich tot elkaar verhouden. We zijn bijvoorbeeld op zoek naar wiskundige problemen die moeilijk op te lossen zijn, tenzij er extra informatie zoals een sleutel beschikbaar is. Die moeilijkheid is vrijwel altijd een aanname. We weten niet eens zeker dat het probleem moeilijk is, maar in de loop van de tijd hebben al zoveel mensen geprobeerd om het probleem op te lossen, dat we het probleem als moeilijk zijn gaan beschouwen. Met de komst van de quantumcomputer willen we dat het probleem ook moeilijk blijft.”

Attema verwacht dat over twintig, dertig jaar er op het gebied van post-quantumcryptografie tal van gestandaardiseerde cryptografische protocollen zijn. “Of er moet al iets erg fout gaan.” Ook verwacht hij tegen die tijd veel meer vertrouwen te hebben in al die protocollen. “Een aantal van die protocollen stamt uit 2010 of 2011. Cryptografisch is dat erg jong. Tot op heden hebben we nog geen kwetsbaarheden gevonden in die protocollen, maar dat wil niet zeggen dat ze er niet zijn. Als we twintig of dertig jaar verder zijn, weten we veel beter hoe die protocollen zich gedragen. Verder geloof ik dat tegen die tijd wij quantumcomputers hebben die nuttige dingen kunnen doen. Of die computers tegen die tijd ook crypto kunnen kraken, durf ik niet te zeggen. Wel zullen ze een aantal dingen kunnen doen die klassieke computers niet kunnen. En wat als er uiteindelijk geen quantumcomputer komt? Dan heeft het in ieder geval opgeleverd dat we inzien dat we met de cryptografie een single point of failure hebben bereikt. Veel cryptografie is gebaseerd op aannames die met één algoritme, het algoritme van Shor, ongeldig zijn verklaard. Zelfs als er geen quantumcomputers komen zal het goed en verstandig zijn om te kijken of er alternatieven zijn. Ik vind dat we nu te veel op één paard wedden. Bovendien zullen de nieuwe cryptografische aannames wellicht in staat zijn allerlei nieuwe functionaliteiten te realiseren.”

Beeld: Arek Socha / Pixabay

Geef een reactie

Reactie *
Naam *
Website

Meest recente artikelen binnen Achtergrond

Quantumcomputers en de bitcoin blockchain

Itan Barmes en Bram Bosch hebben een analyse gemaakt van de mogelijke impact van quantumcomputers op de bitcoin blockchain. Door: Itan Barmes en Bram Bosch De ontwikkeling van quantumcomputers gaat in hoog tempo vooruit. Na Googles aankondiging dat ‘quantum supremacy’ zou zijn bereikt, is de aandacht voor quantumcomputers en hun toepassingen enorm verhoogd. Eén van […]

Betaalinstellingen maken zich klaar voor quantumtoekomst

Nu quantumcomputers voor de deur staan, wordt de inzet van de juiste encryptie met de dag belangrijker. Dat ervaren ook betaalinstellingen in Nederland. Samen met Betaalvereniging Nederland wordt gekeken welke stappen ondernomen moeten worden om quantumproof te zijn.

Vincent Icke mist maatschappelijk quantumdebat

Als het gaat over quantumtechnologie, dan gaat het in de meeste gevallen over de technologische kant van het verhaal. Vincent Icke ervaart dat er (te) weinig gesproken wordt over het maatschappelijke aspect van quantumtechnologie. “In dat maatschappelijk deel zit volgens mij een erg groot gevaar.”

De twee gezichten van quantumtechnologie

Voor de meesten van ons klinkt het als toekomstmuziek: quantumtechnologie. Maar kenners weten dat het wel degelijk science is en geen fiction. En zoals bij elke nieuwe technologie is er een zonnige en een duistere kant. Een voorbeeld van dat laatste: het gros van de huidige encryptie is straks met quantumcomputers eenvoudig te kraken. Overheid, bereid je voor!

Fieldlab als verbinder en versneller

Hoe zorg je ervoor dat partijen aanhaken bij innovaties en bij nieuwe technologieën? Wat betreft Jacqueline Schardijn kan dat eigenlijk alleen maar als je alle partijen uit de keten bij elkaar brengt en hen samen laat werken. Bij InnovationQuarter gebruiken ze daarvoor onder meer de fieldlabmethode; een kenniscentrum waarbij er in gezamenlijkheid gewerkt wordt aan r&d rondom een specifiek thema.

Robbert Dijkgraaf: ‘Met quantumtechnologie hebben we goud in handen’

Nederland staat hoog aangeschreven als het gaat om de ontwikkeling van quantumtechnologie. Vooraanstaand wetenschapper Robbert Dijkgraaf is daar reuze trots op. Tegelijkertijd maakt hij zich zorgen. Met name over de mogelijke braindrain van Nederlandse quantumonderzoekers naar het buitenland. “Ik hoop dat ook de Nederlandse regering inziet dat zij goud in handen hebben.”