Een team van wetenschappers heeft een belangrijke stap gezet in de praktische toepassing van quantumcryptanalyse. Door gebruik te maken van geavanceerde quantumhardware is het gelukt om symmetrische versleutelingsstructuren effectiever aan te vallen dan in eerdere experimenten. De focus van dit onderzoek lag op het verhogen van de beveiligingsparameter bij het kraken van de Even-Mansour-cijferstructuur.
In een wetenschappelijk rapport dat is gepubliceerd via arxiv.org, leggen onderzoekers zoals Youngsik Hong en Taebong Kim uit hoe zij de verborgen periode van het Even-Mansour-cijfer konden herstellen. Waar eerdere pogingen op fysieke quantumcomputers beperkt bleven tot een beveiligingsparameter van $N=4$, slaagde dit team erin om deze waarde te verhogen naar $N=10$. Voor deze prestatie werd gebruikgemaakt van de ibm_kingston hardware, onderdeel van de Heron-generatie processors van IBM.
De kern van deze doorbraak ligt in de toepassing van Simon's algoritme. Dit specifieke quantumalgoritme is ontworpen om periodieke eigenschappen van functies te identificeren, wat essentieel is bij het analyseren van cryptografische structuren. Naast de resultaten met Even-Mansour konden de wetenschappers ook de perioden herstellen van een 3-ronde Feistel-constructie, een onderdeel van de DES-familie, bij blokgroottes van 6 en 8. Volgens de is er daarnaast een instantie met een blokgrootte van 10 en 21 qubits via simulatie geverifieerd en ingediend voor uitvoering op de hardware.
Het onderzoek beperkte zich niet tot één enkele methode, maar bood een brede benchmark van vijf verschillende quantumaanvallen. Deze dekken vier verschillende paradigma's van symmetrische versleuteling. Onder andere werd het Bernstein-Vazirani algoritme ingezet voor lineaire structuren en het Grover-algoritme voor het zoeken naar sleutels in Substitution-Permutation Networks (SPN). De resultaten van deze aanvallen zijn gevalideerd tot een grens van 25 qubits, wat overeenkomt met de limiet van klassieke simulaties, zoals beschreven in de .
Ondanks de technische vooruitgang plaatsen de auteurs hun resultaten in een realistisch perspectief. De aanvallen zijn uitgevoerd op gereduceerde of gestructureerde constructies binnen het zogenaamde Q2 (quantum-query) model. De onderzoekers benadrukken dat hun methode geen sprake heeft van een zogenaamde "quantum advantage" boven klassieke methoden voor het vinden van collisies, aangezien de resultaten asymptotisch de birthday bound volgen. Bovendien zijn volledige versleutelingen zoals RSA, AES of de volledige 16-ronde DES niet gekraakt. De huidige successen leunen bovendien op foutmitigatie in plaats van op volledige fouttolerante quantumcorrectie.
De betekenis van dit werk ligt vooral in de bewijsvoering dat theoretische quantumcryptanalyse op grotere schaal mogelijk is op echte hardware. Terwijl commerciële organisaties zoals quantucom zich concentreren op praktische oplossingen voor databescherming en het herstel van ransomware, toont dit academische onderzoek aan dat de theoretische dreiging van quantumcomputers voor cryptografische systemen steeds tastbaarder wordt. De verschuiving van $N=4$ naar $N=10$ markeert een cruciale validatiestap voor quantumalgoritmen op hardware van de nieuwste generatie.