A ameaça quântica

Essas inovações digitais – sobretudo, nos últimos anos - têm sido frequentemente apontadas por riscos de todo tipo para o bem-estar da sociedade, especialmente se caírem em mãos erradas. Estamos vivenciando isso intensamente com o uso da inteligência artificial, e também se manifestou em torno da computação quântica. É o caso da teórica capacidade de um computador quântico para quebrar os algoritmos criptográficos atuais e, portanto, colocar em xeque a segurança dos nossos dados, do nosso dinheiro digital ou dos recursos estratégicos mundiais conectados à internet.

Qubits, bits com superpoderes

A computação quântica – que deve seu nome ao fato de estar baseada em alguns dos princípios da mecânica quântica – é, por enquanto, um ramo ou aplicação especializada da tecnologia de processamento. Diferente dos computadores clássicos de toda a vida – baseados em bits, bytes, megabytes, etc. –, as máquinas quânticas se baseiam nos qubits como elementos básicos de informação, os quais têm certas características especiais, como a capacidade de superposição (o que lhes confere um paralelismo de processo inerente, com a consequente capacidade de executar milhões de operações simultaneamente) ou o entrelaçamento (o que lhes permite ajudar a resolver problemas complexos mais rapidamente), mas também alguns problemas, como o da decoerência (perda de seu estado quântico; uma espécie de degradação com o passar do tempo).

A particularidade desta tecnologia computacional (em suas múltiplas formas; processadores de armadilhas de íons, supercondutores, fotônicos…) é que se mostrou particularmente potente para resolver determinados problemas matemáticos – especialmente, aqueles que têm a ver com o cálculo intensivo - de forma exponencialmente mais rápida que os computadores clássicos. Podemos mencionar aqui a fatoração de grandes números primos ou as buscas em bases de dados complexas, onde bem podemos falar de tempos de resolução em minutos frente a anos ou séculos.

A criptografia e a ameaça quântica

Atualmente, grande parte da infraestrutura de segurança na internet é baseada na criptografia de chave pública e privada, que se apoia em certos problemas matemáticos teoricamente impossíveis ou pelo menos economicamente inviáveis de resolver por meio de sistemas convencionais… como, justamente, a fatoração de números primos. É o caso do conhecido RSA, que apoia sua – teórica, apenas teórica – inviolabilidade na extrema dificuldade de decompor um número de, digamos, 200 dígitos em seus fatores primos. Temos outros sistemas mais modernos que se baseiam em problemas igualmente complicados de resolver, como a criptografia de curva elíptica (ECC, por suas siglas em inglês). Claro, não podemos esquecer o papel dos algoritmos de criptografia simétrica, como AES, TwoFish ou 3DES.

Além do fato de que alguns dos sistemas criptográficos existentes já foram quebrados com sucesso por meios tradicionais (embora com grande investimento de tempo), a computação quântica parece ter uma capacidade tangível para executar determinados algoritmos (como o de Shor para a fatoração, o de Grover para a busca intensiva, ou a resolução do problema do algoritmo discreto) capazes de quebrá-los, colocando assim em questão os alicerces da segurança na internet (alguns, realmente antigos) sobre os quais repousa(va) nossa confiança na banca eletrônica, nas compras online, em nossa identidade e privacidade digital, nas criptomoedas, etc.

Dessa forma, pode-se dizer que a criptografia dos nossos dias deve ser dividida em pré-quântica e pós-quântica (PQC, na sigla em inglês), dependendo se em seu design foi considerada ou não a possibilidade de utilizar computadores quânticos para atacá-la. E é que a capacidade quântica para ameaçar nossa segurança digital está passando da teoria para os fatos com uma rapidez exponencial; dito de outra forma, é possível que as máquinas quânticas necessárias para cometer travessuras sobre os sistemas criptográficos atuais não estejam geralmente disponíveis ou não tenham sido aperfeiçoadas a ponto de poder industrializar sua ameaça, mas estamos muito perto, tendo em vista a velocidade que está alcançando o desenvolvimento de engenhos cada vez mais capazes, e da relativamente limitada potência quântica que seria necessária: uma equipe de pesquisa da Universidade Tsinghua de Pequim (China) publicou no final do ano passado que “apenas” são necessários 372 qubits físicos para violar o algoritmo RSA-2048.

E não será por falta de capacidade. IBM, que apresentou no final de novembro de 2022 um processador quântico de 433 cúbits, anuncia que no final deste ano terá disponível seu dispositivo Condor de mais de 1.000 cúbits, e, em 2025, o chamado Kookaburra, de no mínimo 4.158 cúbits.

Na China, foi possível quebrar um recorde entrelaçando até 51 qubits (o que é fundamental para a execução de processos complexos). É de se esperar, portanto, que algumas das potências e grupos criminosos mais experientes na guerra cibernética não teriam muitos problemas para desenvolver, adquirir ou, pelo menos, acessar máquinas quânticas suficientemente capazes de atacar com sucesso muitos sistemas ou infraestruturas críticas, contornando seus mecanismos de proteção.

Nesta primeira parte deste artigo, eu simplesmente introduzi o problema (a propósito, o dia em que os computadores quânticos forem capazes de quebrar amplamente os algoritmos de criptografia existentes é popularmente conhecido como Q-Day, uma espécie de dia do juízo final digital, assim como foi o temido 1-01-2000). Na próxima, farei uma rápida revisão das estratégias que a indústria está seguindo para se proteger contra este desafio quântico.