I dati cifrati rubati oggi potranno essere letti dai computer quantistici, ma non sappiamo ancora quando

La buona notizia è che i computer quantistici non sono ancora in grado di violare le comunicazioni protette con i sistemi oggi più diffusi. La cattiva è che possono già intercettare le comunicazioni cifrate e conservarle fin quando non sarà inventata una macchina quantistica abbastanza potente per leggerle. Il pericolo non è da sottovalutare: una password può essere sostituita e una carta di credito scade, ma un segreto industriale o un documento diplomatico possono conservare valore per decenni. Se saranno decifrabili tra dieci anni, copiarli oggi è già un attacco alla sicurezza informatica. 

È ragionevole pensare che qualcuno stia già conservando le informazioni. Se i servizi di intelligence intercettano grandi quantità di traffico cifrato i gruppi criminali possono fare lo stesso, anche su scala minore. Pensiamo alle cartelle cliniche, che tra vent’anni conterranno ancora informazioni intime sulle stesse persone. Oppure ai dati biometrici conservati nei database: una password può essere cambiata, un’impronta digitale no.

Gli algoritmi a chiave pubblica usati per scambiare in sicurezza le chiavi crittografiche e verificare le firme digitali saranno particolarmente esposti. La loro affidabilità dipende da problemi matematici che un computer tradizionale impiegherebbe tempi enormi a risolvere. Una macchina quantistica sufficientemente avanzata potrebbe riuscirci più rapidamente, ricavando le chiavi segrete necessarie a leggere dati riservati o a produrre firme digitali false che apparirebbero autentiche. 

Per aprire quegli archivi servirebbe una macchina che calcola in modo diverso. Un computer tradizionale traduce ogni informazione in bit, simili a minuscoli interruttori: ciascuno può essere acceso oppure spento, uno oppure zero. Il computer quantistico usa i qubit, che durante il calcolo possono conservare una combinazione dei due valori. Controllando molti qubit insieme, alcuni algoritmi riescono a scartare un gran numero di soluzioni sbagliate e a raggiungere quella utile con meno operazioni.

Si dice spesso che un computer quantistico provi tutte le risposte nello stesso momento. È una semplificazione: durante il calcolo i qubit mantengono aperte diverse possibilità, ma alla fine la macchina restituisce una sola risposta. L’algoritmo manipola le probabilità, indebolendo le soluzioni sbagliate e rendendo più probabile quella utile. Questo meccanismo offre un vantaggio soltanto in alcuni problemi. Un computer quantistico non renderebbe più veloce qualunque programma né sostituirebbe il portatile sulla scrivania. Potrebbe però affrontare calcoli oggi quasi impraticabili, soprattutto nella simulazione di molecole e materiali.

La crittografia è il caso più urgente perché l’algoritmo necessario per attaccarla esiste già. Lo descrisse nel 1994 il matematico Peter Shor.  Con un computer quantistico abbastanza potente, l’algoritmo di Shor potrebbe spezzare RSA e la crittografia a curve ellittiche, i sistemi usati per proteggere molte comunicazioni online e verificare le firme digitali. Sappiamo da più di trent’anni come funzionerebbe l’attacco. Quello che ancora non esiste è una macchina capace di eseguirlo contro le protezioni utilizzate nel mondo reale. Costruirlo è difficile perché i qubit sono estremamente fragili. Calore, vibrazioni e disturbi elettromagnetici possono introdurre errori prima che il calcolo sia terminato. Per ottenere un qubit logico affidabile occorre distribuire l’informazione su molti qubit fisici e correggere di continuo gli errori. 

Quanto sia lontano il Q Day nessuno lo sa. Alcune aziende trasformano minuscoli circuiti superconduttori in qubit e li raffreddano a temperature vicine allo zero assoluto. Altre tengono sospesi singoli atomi con campi elettrici oppure li dispongono nello spazio usando fasci laser. I circuiti superconduttori eseguono operazioni molto rapide, ma perdono facilmente l’informazione. Gli ioni sono più stabili e precisi, però lavorano più lentamente. Gli atomi neutri possono essere organizzati in grandi quantità, anche se la tecnologia è ancora meno matura.

Qualunque piattaforma finisca per prevalere, l’ostacolo resta lo stesso: mantenere i qubit stabili abbastanza a lungo da completare un calcolo. Aumentarne il numero non basta; la macchina deve riconoscere e correggere gli errori mentre si producono. Google DeepMind ha sviluppato AlphaQubit, una rete neurale che analizza i segnali di un processore quantistico e individua gli errori. Altri sistemi di machine learning vengono usati per progettare i componenti e calibrare l’hardware. Per ora, quindi, è soprattutto l’intelligenza artificiale ad aiutare i computer quantistici a diventare utilizzabili.

Questi strumenti potrebbero accelerare il passaggio dalle macchine sperimentali a sistemi più affidabili, senza rendere prevedibile la data del Q Day. Per chi si occupa di sicurezza, l’incertezza non cambia il problema: occorre capire quali protezioni sono vulnerabili e quali possono resistere più a lungo.

Una normale connessione sicura utilizza due forme di crittografia. Quando apriamo il sito di una banca, la crittografia a chiave pubblica permette anzitutto di verificare che il sito sia autentico e di concordare una chiave segreta. Da quel momento, il traffico viene protetto con la cifratura simmetrica, più veloce e adatta a trasmettere grandi quantità di dati.

L’algoritmo di Shor colpirebbe la prima fase. Se riuscisse a ricavare la chiave privata di un sito o di un servizio, un aggressore potrebbe leggere comunicazioni riservate oppure presentarsi come un interlocutore legittimo. Lo stesso rischio riguarda le firme digitali. Quando uno smartphone riceve un aggiornamento, controlla che il software sia stato firmato dal produttore. Con la chiave privata corretta, anche un programma contraffatto potrebbe apparire autentico. La cifratura simmetrica conserva invece un margine maggiore. Un altro algoritmo quantistico, ideato da Lov Grover, renderebbe più rapida la ricerca di una chiave, ma il vantaggio può essere compensato usandone una più lunga. AES 256 è considerato adeguato anche in uno scenario quantistico. Per RSA e la crittografia a curve ellittiche, esposte all’algoritmo di Shor, occorre cambiare sistema.

Tecnicismi a parte, nei prossimi anni il cambiamento più visibile sarà la sostituzione graduale della crittografia attuale. I nuovi standard post quantistici funzionano già sui computer tradizionali e sono stati introdotti nei principali browser, ma la migrazione dei sistemi interni richiederà molto più tempo. Questi algoritmi sono ancora giovani e dovranno essere sottoposti a verifiche continue, spesso affiancandoli alle protezioni esistenti. L’Unione Europea chiede di avviare la transizione entro la fine del 2026; il Regno Unito indica il 2035 come termine per completarla. Il computer capace di violare RSA potrebbe arrivare prima o dopo. I dati intercettati durante l’attesa, invece, saranno già stati raccolti.

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