Kvantu tehnoloģiju pielietojums skaitļošanā piedāvā jaudīgus risinājumus. Pasaules tirgū ir ierīces un komponentes, kas realizē kvantu kriptogrāfijas risinājumus. Šādu ierīču klāsts ir visai plašs: no kvantu atslēgu izplatīšanas sistēmām, kas nodrošina informācijas pārraidi veidā, kuru, saskaņā ar šī brīža fizikas izpratni, nevar pārtvert trešo pušu noklausītāji, līdz tādām zema līmeņa ierīcēm, kā kvantu gadījumskaitļu ģeneratori. Šie ģeneratori var nodrošināt būtisku drošības līmeņa paaugstināšanu gan klasiskiem kriptogrāfijas risinājumiem, gan arī jauniem “pēc kvantu” algoritmiem, kas pašlaik tiek izstrādāti, un kuru piemērotība standartizācijai tiek vērtēta.
LU MII mērķis ir ieviest šādus jaunos kvantu kriptogrāfijas risinājumus, izstrādāt un pielāgot skaitļošanas infrastruktūrai vispiemērotākos programmatūras rīkus, kā arī attīstīt esošās kriptogrāfijas tehnikas izmantošanu Latvijā.
LU MII pašlaik darbojas divās jomās: pirmā ir tādu ierīču, kas nodrošina tikai kvantu saziņas kanālus, ir droša pret jebkuru trešo pušu noklausītājiem, praktiska lietošana un izmantošana; un otrā ir praktiskie pielietojumi, kas balstīti uz kvantu gadījumskaitļu ģeneratoru izmantošanu. Šādi ģeneratori šobrīd kļūst pieejami tirgū un var sniegt papildu komunikācijas drošību, pamatojoties gan uz klasiskajiem asimetriskajiem kriptogrāfijas algoritmiem (piemēram, RSA, DSA vai DH), gan arī uz to “pēc kvantu” aizvietotājiem, kas pašlaik tiek aktīvi izstrādāti (piemēram, uzlabotas McEliece shēmas variācijas, režģa bāzēto un daudzfaktoru kriptogrāfija).
Kvantu tehnoloģiju pētniecību LU MII sāka 2019. gadā, izveidojot sadarbību ar Šveices-ASV-Ķīnas-Dienvidkorejas kopfirmu ID Quantique un uzstādot kvantu atslēgu izplatīšanas (Quantum Key Distribution, QKD) pētniecības platformu Clavis ID3200, kas nodrošina tīru kvantu sakaru kanālu starp divām ierīcēm. Tomēr reāli pieejamais sakaru ātrums (tikai līdz 1,4 Kb/s) ierīces ļauj konfigurēt tikai drošai šifrēšanas atslēgu apmaiņai (ko pēc tam var izmantot saziņai, izmantojot simetriskus šifrēšanas algoritmus), vai arī tās jāizmanto kā ļoti ātras un augstas entropijas gadījumskaitļu ģeneratori. Šādas QKD ierīces joprojām ir diezgan dārgas (aptuveni 0,25 miljoni eiro par ierīču pāri), un prasība par izdalītu optiskā pārraides kanāla pieejamību starp jebkuru šādu ierīču pāri liek attīstīt plašāku komunikāciju tīklu, kurā nodrošināta tīri kvantu šifrēšana. Praksē šāda komunikācijas tīkla veidošana būtu nepraktiska. Kā praktisku risinājumu LU MII plāno tādu metožu un lietojumprogrammu prototipu attīstību, kas šādas QKD ierīces izmantotu kā kopīgu resursu.
Pirmais lietojums paredz attīstīt drošu (pat pret noklausīšanos no pārraides vietas, izņemot aktīvus krāpšanās uzbrukumus – piemēram, kvantu gadījumskaitļu ģeneratora aizstāšanu ar citu) attālinātas piekļuves QKD serveri kā ļoti ātru un augstas entropijas gadījumskaitļu ģenerēšanas avotu.
Otrais lietojums paredz attīstīt drošu attālinātu piekļuvi QKD serverim kā kopīgotam atslēgu apmaiņas centram. Plānotais komunikācijas protokols paredz savienot vietējo uzticamo QKD serveri (komunikāciju nodrošina ar simetrisku šifrēšanu, izmantojot kopīgas slepenās atslēgas) ar attālinātu (un mazāk uzticamu) QKD serveri, izmantojot tīri kvantu šifrēšanas kanālu. Šī savienojuma drošību nodrošinās simetriska šifrēšana ar sesijas atslēgām, kas ģenerētas, sazinoties ar vietējo QKD serveri. Vietējā un attālinātā QKD serveru lomas otram komunikācijas partnerim tiks mainītas vietām. Komunikācijas pamatā būs tīri kvantu kanāla (droša pret noklausīšanos) un simetrisku šifrēšanas algoritmu izmantošana, tādējādi nodrošinot aizsardzību pret potenciālo analīzi ar kvantu skaitļošanas metodēm. Slepenās simetriskās atslēgas izplatīšana aprobežosies ar vietējām uzticamām vidēm, un komunikācija būs droša pret jebkādu viena punkta ievainojamību (veiksmīgam uzbrukumam būs jāapdraud abi QKD serveri vai viena no gala lietotāju ierīcēm).