Suomeen tulossa koeverkkko kvanttisalausteknologialle
Kvanttimekaniikkamenetelmä mahdollistaa turvallisen tiedonsiirron kvanttitietokoneilla.
24.05.2023
Teksti Esko Lukkari
Pääkaupunkiseudulle rakennetaan julkinen kvanttisalausteknologian koeverkko. Se tarjoaa suomalaisille yrityksille alustan kehittää ja testata kvanttisalaukseen perustuvia palveluita ja tuotteita.
Kvanttisalaus on uusi kvanttimekaniikkaan pohjautuva menetelmä, joka mahdollistaa turvallisen tiedonsiirron kvanttitietokoneiden aikakaudella. Tulevaisuudessa kansallinen kvanttisalausverkko yhdistetään koko EU:n kattavaan verkkoon. VTT:n vetämässä projektissa ovat mukana Suomen Erillisverkot Oy, Cinia Oy ja CSC - Tieteen tietotekniikan keskus.
VTT tiedotti hankkeesta 16.5.
Vuoden alussa käynnistyneen EU:n EuroQCI-aloitteen tavoitteena on rakentaa unionin kattava kvanttisalausverkko tällä vuosikymmenellä. Sillä halutaan suojella eurooppalaisia kriittisiä infrastruktuureja kuten hallinnollisia toimintoja, datakeskuksia, sairaaloita ja energiaverkkoja.
Nyt alkavassa ensimmäisessä vaiheessa tavoitteena on rakentaa jokaiseen EU-maahan kansalliset koeverkot ja luoda tarvittava osaaminen operatiivisten verkkojen rakentamiseksi.
Tiedon salaaminen helpottuu
”Kvanttisalauksessa tieto lähetetään pienimpinä mahdollisina osina – kvantteina – joita ei pystytä kopioimaan. Myös niiden puuttuminen havaitaan heti, mikä paljastaisi mahdollisen murtoyrityksen. Kvanttisalaustestiverkon rakentaminen Suomeen mahdollistaa kyberturvainfrastruktuurin vahvistamisen osana koko EU:n kattavaa järjestelmää”, sanoo tiedotteessa NaQCI.fi -projektin vetäjä, erikoistutkija Kari Seppänen VTT:ltä.
VTT ja CSC vastaavat koeverkon rakentamisesta ja se toteutetaan valmiiden kaupallisten laitteiden avulla. Julkisen koeverkon lisäksi projektissa rakennetaan koeverkko viranomaisten käyttöön. Sen toteutuksesta vastaavat Cinia ja Suomen Erillisverkot Oy. Koeverkot valmistuvat vuoden 2024 alkupuoliskolla.
”Kvanttisalauksen liittäminen moderneihin tietoverkkopalveluihin lisääntyy tulevaisuudessa. Cinia näkee tärkeänä olla mukana kehittämässä huipputurvallisia tietoverkkopalveluita, joita yhteiskunnan kriittisimmät toimijat tulevaisuudessa tarvitsevat”, sanoo liiketoiminnan kehitysjohtaja Pertti Hyvärinen Ciniasta.
VTT rakentaa myös avoimen kvanttisalauksen kokeilujärjestelmän. Sen avulla voidaan kehittää uusia komponentteja, kvanttisalausmenetelmiä ja tietoturva-analyyseja. Kokeilujärjestelmän avulla voidaan myös kehittää kvanttisalaustestiverkkojen ohjelmistoja sekä kouluttaa uusia osaajia kvanttisalauksen periaatteisiin. Järjestelmä rakennetaan yksittäisistä komponenteista ja VTT:llä kehitettävistä ohjelmistoista.
Kvanttisalaus perustuu yksittäisiin fotoneihin
Kvanttilaskenta luo uudenlaista uhkaa salausmekanismeille, koska se mahdollistaa tehokkaat hyökkäykset useita klassisen laskennan kannalta murtovarmoina pidettyjä salausmekanismeja vastaan. Kvanttisalaus tarjoaa näihin ongelmiin ratkaisun – kvanttimekaniikkaan pohjautuvan salausavainten vaihdon, jota on periaatteessa mahdoton murtaa.
"Meidän on vaihdettava nykymenetelmät siirtää digitaalista tietoa erityisesti arkaluontoisessa datan käsittelyssä. CSC pilotoi kvanttiturvallista tapaa yhdistää loppukäyttäjiä esimerkiksi sairaaloista, biopankeista ja yliopistoista sensitiivisen datan palveluihimme", sanoo CSC:n kvanttiteknologiapäällikkö Mikael Johansson.
Kvanttisalauksessa salausavainten vaihto perustuu yksittäisten fotonien välittämiseen lähettäjän ja vastaanottajan välillä. Koska välitettävä avaintieto on koodattu näihin yksittäisiin fotoneihin, mahdollinen salakuuntelu havaitaan tarkkailemalla avaintenvälityksen virheitä. Näin varmistetaan, etteivät menetelmällä välitetyt avaimet ole siirron aikana vaarantuneet.
Avaimia voidaan käyttää nykyisten salausalgoritmien kanssa, mutta korkeampi turvallisuustaso saavutetaan yhdistämällä kvanttiavainjakelu ja kvanttiturvalliset salausmekanismit (Post-Quantum Cryptography, PQC), joiden kehityksessä Suomi on eturintamassa. Äärimmäistä turvallisuutta vaadittaessa luodaan kertakäyttöisiä avaimia.
Lisäksi selvitetään, kuinka satelliittipohjainen kvanttisalausjärjestelmä soveltuu Suomen oloihin. Tässä keskitytään erityisesti satelliittien näkyvyyteen ja optisen signaalin havaittavuuteen liittyviin mahdollisiin ongelmiin.