Elke keer dat een Nederlander online met de creditcard betaalt of inlogt bij de bank, wordt die informatie beschermd door een wiskundig probleem dat een gewone computer duizenden jaren zou kosten om te kraken. Dat fundament staat op de tocht: zodra iemand een voldoende krachtige computer bouwt, breekt die beveiliging. Onderzoekers Prabhanjan Ananth (UC Santa Barbara) en Amit Sahai (UCLA) presenteren nu een quantumversleuteling die volgens hen sneller en efficiënter is dan eerdere methodes en die berichten fysiek onmogelijk te kopiëren maakt. Hun werk verscheen als preprint op arXiv.
- De methode versleutelt een bericht in een quantumtoestand die niet gekopieerd kan worden.
- Ze steunt op het no-cloning-theorema uit de quantumfysica.
- De beveiliging wordt volgens de auteurs exponentieel sterker met elke extra quantumtoestand.
Waarom dit ook voor de Nederlandse digitale infrastructuur telt
De huidige beveiliging van betalingen, communicatie en overheidsdiensten leunt op wiskundige puzzels die in de praktijk onoplosbaar zijn voor klassieke computers. Voor een sterk gedigitaliseerd land als Nederland, waar bankieren, DigiD en online winkelen alomtegenwoordig zijn, betekent de opkomst van krachtige quantumcomputers een reëel risico op termijn. Daarom is er wereldwijd een verschuiving gaande naar zogenaamde quantumbeveiliging, waarbij niet wiskunde maar de onwrikbare wetten van de natuurkunde de data beschermen.
Een terugkerend bezwaar bij die aanpak was tot nu toe dat de quantummethodes traag of onpraktisch waren. Precies daar zetten Ananth en Sahai op in.
Een natuurwet die kopiëren verbiedt
De kern van hun aanpak is het no-cloning-theorema, een fundamenteel principe dat stelt dat het fysiek onmogelijk is om een exacte kopie te maken van een onbekende quantumtoestand. Dat staat haaks op de klassieke digitale wereld, waarin elk bestand eindeloos en perfect gekopieerd kan worden.
De onderzoekers bedachten een manier om een bericht van één bit — een simpele 0 of 1 — te versleutelen in een quantum-cijfertekst. Met een geheime digitale sleutel verspreiden ze dat verborgen bit over een rij quantumtoestanden. Wie de juiste sleutel bezit, kan de toestanden samen uitlezen en het correcte bericht achterhalen.
Het systeem is bedoeld om een specifieke aanval te dwarsbomen: een aanvaller die de data onderschept en over twee handlangers verdeelt.
Hoe de aanval in het water valt
Wanneer iemand probeert de quantumdata op te splitsen, verstoort dat volgens de regels van de quantumfysica de informatie zelf. Daardoor kan geen van beide handlangers het geheim nog betrouwbaar lezen. Zelfs als ze de geheime sleutel later alsnog krijgen, verhindert de natuurkunde dat ze het bericht allebei correct reconstrueren.
De onderzoekers toonden aan dat de kans dat beide handlangers het verborgen bit juist raden steeds dichter bij fiftyfifty komt — de kans van een muntworp — naarmate er meer quantumtoestanden worden gebruikt. Als de aanvallers niet beter presteren dan willekeurig gokken, heeft de versleuteling haar werk gedaan.
Wat dit betekent voor de toekomst van beveiliging
In hun artikel stellen Ananth en Sahai dat hun aanpak eerdere beperkingen wegneemt. “We elimineren al deze voorbehouden en tonen aan dat eenmalige, informatie-theoretisch veilige, efficiënte onkloonbare versleuteling bestaat”, schrijven ze. Omdat de bescherming sterker wordt met elke extra quantumtoestand, noemen ze het schema “exponentieel veilig”.
Voor de praktijk zou dit betekenen dat toekomstige communicatiesystemen berichten kunnen versturen die niet alleen onleesbaar zijn voor buitenstaanders, maar ook fysiek onmogelijk te dupliceren. Voorlopig gaat het om theoretisch onderzoek in de vorm van een preprint, die nog de gebruikelijke wetenschappelijke toetsing moet doorlopen voordat er sprake kan zijn van toepassingen in het dagelijkse dataverkeer.
Zou u meer vertrouwen op quantumbeveiliging voor uw online betalingen, of blijft de dreiging van quantumcomputers voor u nog abstract? Deel uw kijk hieronder.
