De Algemene Rekenkamer waarschuwt dat kwantumcomputers al over vier jaar operationeel kunnen zijn, terwijl de meeste overheidsorganisaties daar nog totaal niet klaar voor zijn. Wetenschappers verwachten daarentegen dat kwantumcomputers veel langer op zich zullen laten wachten. “Phishing is nog steeds honderdduizend keer gevaarlijker dan een kwantumcomputer.”
Door Lucas Frederiks
Momenteel zijn onderzoekers druk bezig met het ontwikkelen van kwantumcomputers. Wanneer we deze kwantumcomputers kunnen gebruiken, zullen we dankzij hun extra rekenkracht sneller wiskundige problemen kunnen oplossen. Een mooie toepassing dus, alleen betekent die extra rekenkracht ook dat criminelen met kwantumcomputers veel makkelijker beveiligde data kunnen ontcijferen. Denk bijvoorbeeld aan websites van overheidsinstellingen, infrastructuur of overheidsgeheimen. De Algemene Rekenkamer adviseert daarom om onze vertrouwelijke data snel te beveiligen tegen deze supercomputers. Kwantumfysici voorspellen echter dat het nog lang gaat duren voordat we kwantumcomputers kunnen gebruiken. Als ze dan eenmaal bruikbaar zijn, zullen ze ook gigantisch veel kosten. Criminelen kunnen ze dan eigenlijk alleen gebruiken als ze hele waardevolle informatie proberen te stelen. Overheidsinstanties kunnen daarom voor de zekerheid alvast beginnen met het opschroeven van hun beveiliging, maar de gewone burger hoeft zich voorlopig nog geen zorgen te maken.
Dat criminelen kwantumcomputers kunnen gebruiken om onze huidige beveiligingssystemen te kraken was al een tijdje bekend. Daarom hebben beleidsvoerders en wetenschappers flink gediscussieerd hoe zij systemen het beste kunnen beveiligen tegen kwantumcomputers. Uiteindelijk hebben zij besloten om een nieuwe soort versleuteling te ontwikkelen die zelfs kwantumcomputers niet op een realistische termijn kunnen kraken.
De Algemene Rekenkamer heeft begin februari een rapport gepubliceerd waarin zij onderzoeken welke mogelijkheden kwantumtechnologie biedt, maar ook de dreigingen die hieraan vastzitten. Daarnaast hebben zij onderzocht hoe rijksoverheidsorganisaties zich op dit moment voorbereiden op de komst van kwantumtechnologie. Uit het rapport blijkt dat de Nederlandse overheid momenteel nog nauwelijks bezig is met de beveiliging tegen kwantumcomputers. Driekwart van de overheidsinstanties is hier namelijk nog helemaal niet mee bezig. Het resterende kwart heeft wel al een aantal maatregelen genomen, maar deze zijn nog onvoldoende. Vaak ontbreekt het binnen deze organisaties aan structurele aandacht voor dit onderwerp en aan een bijtijds cryptografiebeleid, terwijl de tijd nu toch wel begint te dringen. De Algemene Rekenkamer verwacht namelijk dat kwantumcomputers misschien al inzetbaar zijn vanaf 2030.
Niet iedereen kan zich vinden in deze prognose. Kwantumfysicus Leo Kouwenhoven, werkzaam aan de TU Delft, struikelt vooral over een grote fout die hij ontdekte in het rapport. “In hun rapport had de Algemene Rekenkamer het over qubits, waarbij ze twee dingen door elkaar haalden. Dat waren de fysieke qubits en de logische qubits. Logische qubits zijn circuits van fysieke qubits, waarbij je de fouten die in fysieke qubits optreden kan herstellen. Bij kwantumcomputers heb je doorgaans zo’n duizend tot tienduizend fysieke qubits nodig om één goede logische qubit te maken. De Algemene Rekenkamer schreef in hun rapport dat er zo’n 100 qubits nodig zijn voor een kwantumcomputer, waarbij zij uitgingen van fysieke qubits. Helaas kloppen die 100 qubits alleen voor het aantal logische qubits en niet voor het aantal fysieke qubits. Als je dat door elkaar haalt lijkt het alsof de praktische implementatie van kwantumcomputers al veel dichterbij is dan deze daadwerkelijk is.”
Daarnaast zal er een flink prijskaartje hangen aan de eerste kwantumcomputers. “Een kwantumcomputer kost ongeveer een miljard, en je hebt soms wel maanden nodig om een kwantumcomputer één berekening te laten doen”, vertelt Kouwenhoven. “Dit betekent dat de gemiddelde burger niet bang hoeft te zijn dat criminelen opeens hun pincodes zullen kraken met een kwantumcomputer. De kosten voor criminelen ten opzichte van de opbrengsten zullen daarvoor veel te hoog zijn.” Ook onderzoeker Christian Andersen, werkzaam bij de Qubit Onderzoeksafdeling van QuTech, verwacht dat er nog een hoop uitdagingen zijn in het ontwikkelen van kwantumcomputers. “Het is belangrijk om goed te beseffen dat onze inschattingen gebaseerd zijn op machines die nog niet eens bestaan, en daarbovenop komen dan ook nog eens enorme ontwerpuitdagingen.” Kouwenhoven begrijpt wel waarom we zeer gevoelige data beter alvast goed kunnen beveiligen. “Het is natuurlijk heel belangrijk als je overheidsgeheimen hebt, ze grondig te versleutelen voordat kwantumcomputers in omloop komen. Daar is bijvoorbeeld de Amerikaanse Defensie al druk mee bezig. Zij onderzoeken nu manieren om hun data zo goed te beveiligen, dat zelfs kwantumcomputers deze niet kunnen kraken.”
Een woordvoerder van de Algemene Rekenkamer vertelt dat zij zich in hun advies vooral op overheidsinstanties richtte die hoog sensitieve data bewaren. “Het allerbelangrijkste wat we wilden overbrengen is dat rijksoverheidsorganisaties nu moeten beginnnen met het verbeteren van hun beveiliging. Het doel van ons rapport was niet om een juiste voorspelling te doen, maar om inzicht te geven in de stand van zaken van de voorbereidingen bij de Rijksoverheid. We verwachten niet dat er gegarandeerd een kwantumcomputer zal zijn over vijf of tien jaar, maar het aanpassen van een beveiligingssysteem kan lang duren en het beter is om op tijd voorbereid te zijn dan te laat.” De waarschuwing dat kwantumcomputers al vanaf 2030 operationeel kunnen zijn, mogen we dus misschien wel met een flink korreltje zout nemen.
Het is dus vooral belangrijk dat de Nederlandse overheid haar hoog sensitieve data op een nieuwe manier gaat beveiligen die bestand is tegen de rekenkracht van kwantumcomputers. Minder waardevolle gegevens zullen we minder strak hoeven te beveiligen, aangezien de kosten van een kwantumcomputer hoog op zullen lopen, en de benodigde tijd om beveiligde data te kraken alsnog maanden kan zijn.
We beveiligen onze gegevens op dit moment door er een rekensom van te maken. Als ik bijvoorbeeld mijn telefoonnummer wil beveiligen, kan ik hem vermenigvuldigen met twee. Op die manier ziet iedereen behalve ikzelf een willekeurig getal, maar voor mij heeft dit getal betekenis. Wanneer ik hem namelijk deel door twee, weet ik dat ik mijn telefoonnummer zie. Delen door twee is in dit geval de oplossing, ook wel de sleutel, van het wiskundige probleem.
Delen door twee is alleen een erg makkelijke sleutel om te kraken. “Daarom maken we in de cryptografie onderscheid tussen twee klassen. Rekensommen die makkelijk op te lossen zijn, en rekensommen die alleen makkelijk te controleren zijn als je de oplossing al hebt”, vertelt cryptograaf aan het LIACS, Lars van der Kuil. Die laatste klasse is ideaal om te gebruiken voor het versleutelen van data. Jij hebt namelijk de sleutel al, dus je kan makkelijk je eigen gegevens bekijken. Anderen hebben jouw sleutel (hopelijk) niet, dus zij kunnen jouw gegevens niet zien.
Om mijn telefoonnummer goed te beveiligen kan ik dus beter een moeilijkere rekensom bedenken dan vermenigvuldigen met twee.
Kwantumcomputers zullen uiteindelijk meer rekenkracht hebben dan onze huidige computers, wat ook betekent dat ze sneller de rekensommen kunnen oplossen die we nu gebruiken om onze gegevens mee te beveiligen. “Onze beveiliging zo sterk maken dat ook kwantumcomputers veel tijd nodig hebben om deze te kraken ligt helaas niet zo simpel”, legt Van der Kuil uit. “Je kunt je voorstellen dat als we de rekensommen waarmee we onze gegevens beveiligen steeds langer maken, het voor onze computers ook heel veel tijd gaat kosten om deze data weer te ontcijferen wanneer je deze zelf wil inzien. Dat is natuurlijk niet heel praktisch en dat voorkomen we liever, dus als de kwantumcomputers eraan komen willen we dat op een andere manier aanpakken.” Momenteel zijn wetenschappers daarom druk bezig met het onderzoeken van kwantumbeveiligingsmethoden en -strategieën.
Uiteindelijk blijft het lastig om te voorspellen wanneer kwantumcomputers echt een gevaar zullen vormen voor onze veiligheid. De huidige consensus onder wetenschappers is dat het aantal qubits die ze in een kwantumcomputer kunnen stoppen de laatste jaren gestagneerd is. Dit betekent dat wetenschappers eerst een doorbraak moeten vinden in het fabriceren van qubits, en dat ze de opgedane kennis vervolgens ook nog moeten verfijnen voor praktisch gebruik. Ook al zijn kwantumcomputers nog verder weg, alvast meer aandacht naar de PQC-migratie zal waarschijnlijk geen kwaad kunnen. Toch ziet Kouwenhoven het advies van de Algemene Rekenkamer een beetje als bangmakerij. “Je wil natuurlijk echt nul risico lopen dat er iets fout gaat als je bijvoorbeeld nucleaire geheimen hebt, die moet je echt wel snel beveiligen, maar het is wel flink overdreven om te denken dat binnenkort alles al op straat ligt.”