Bilimsel tahminlere göre kuantum bilgisayarlar, gelecek 25 yıl içinde inşa edilecek ve bugünkü şifrelerin tümünü kırabilecek. Peki, kuantum bilgisayarlar bunu nasıl yapacak? Tüm klasik şifreleri kırma potansiyeli ne kadar yüksek? Kırılamaz şifreler kimin işine yarayacak? Devletler buna önlem alabilecek mi?
Kuantum bilgisayar, mantığa aykırı işlemler yapabiliyor
Bilgisayarların hesaplama şemaları, fizik ve mantık yasalarına dayanır. Elimizdeki bilgisayarlar, klasik fizik ve iki değerli mantık sistemlerine, kuantum bilgisayarlar ise kuantum fiziği ve klasik-olmayan mantık sistemlerine göre çalışır. Bu yüzden kuantum teknolojileri; süperpozisyon, dolanıklık, kesinsizlik ve gözlemci etkisi gibi sağduyumuza ve temel mantık ilkelerine aykırı karakteristiklere sahiptir.
Kuantum paralel hesaplama: Kendini klonlamış makineler gibi
Klasik bilgisayar, işlemleri sırayla yani ardışık yapar. Kuantum bilgisayar ise dolanık kübit süperpozisyonları sayesinde, kendini klonlamış bir ajan gibi, birden fazla hesaplamayı eş zamanlı olarak yapabilir. Paralel hesaplama denilen bu özellik sayesinde kuantum bilgisayarlar olağanüstü hızlıdır. Öyle ki 100 kübitli bir kuantum bilgisayar, 2100 farklı durumu aynı anda işleyebilir. Bu, trilyonlarca katrilyon işlem demektir ve klasik süper bilgisayarların yaklaşık 40 bin yılını alır. Örneğin birçok kapınız olsun ve kilidi açılmış olan tek kapıyı bulmanız gereksin. Klasik bilgisayar, açık kapıyı bulana kadar her kapıyı tek tek dener. Kuantum bilgisayar ise aynı anda birden fazla kapıyı deneyebilir.
Kuantum ışınlama: Uzaktan iletişim mümkün
Dolanıklık, milyonlarca km uzaklıktaki kuantum bilgisayarlar arasında sinyalleşme olmaksızın enformasyon transferini mümkün kılar. Buna kuantum ışınlama denir. Dolanık kübitler sayesinde kuantum bilişim eko sistemindeki tüm bilgisayarlar tek bir devasa organizmik bilgisayar gibi davranabilecek, derin evrenin uzak bölgeleriyle anlık iletişim kurulabilecek.
Kuantum bilgisayarlar ne zaman gelecek
Bu konudaki çalışmalar, yaklaşık 40 yıl geriye dayanıyor fakat ilk kuantum çipi, NIST tarafından 2009 yılında üretilebildi. Kuantum üstünlüğü terimini kullanan John Preskill, 2012’de ve birkaç on yıl içinde 158 milyon kat daha hızlı ilk kuantum bilgisayarların inşa edileceği tahmininde bulundu.
Google ve IBM arasında bir yarış: Kuantum üstünlüğü
Benzersiz yetenekleri yüzünden kuantum bilgisayar inşa etmek, günümüzün en büyük teknolojik meydan okumalarından biridir. Kuantum bilgisayarı inşa etmek demek, çözülemez veya yavaş çözülebilir bir problem karşısında klasik süper bilgisayarları geride bırakacak bir üstünlüğe ulaşmak demektir. Google, 2019’da Sycamore adlı kuantum bilgisayarıyla klasik süper bilgisayarlarla en az 10 bin yıl sürecek bir işlemi 200 saniyede tamamladığını duyurdu. Geçtiğimiz yıl IBM, Eagle kuantum bilgisayarıyla 100+ kübit ölçeğinde doğru sonuçlar sağladı. Çıtayı yükselten Microsoft ise “saniyede bir milyon kuantum işlemi” yapabilen Quantum Leap adlı bilgisayarını gelecek 10 yıl içinde inşa etmeyi planladığını açıkladı.
IBM ve Google’ın başarıları, kuantum hesaplama endüstrisinin post-klasik bir döneme girdiği şeklinde yorumlanıyor. Kuantum bilgisayarların en devrimci uygulama alanı, dijital dünyada güvenle gezinmeyi garanti altına alacak kırılmaz şifreler üretmekte kullanılacak.
Kırılamaz şifreler: Kopyalama yasağı ve kuantum silgi
Heisenberg kesinsizlik ilkesi yüzünden imkansız belirlenmemiş kuantum durumlarını kopyalamak imkansızdır; bu kopyalama yasağı teoremi diye bilinir. Kuantum bilgi-işlemde tuhaf görünse deölçüm zorunludur. Korsan müdahaleleri kübit süperpozisyonlarını çökertir ve sistemde saklanan bilgiyi yok eder. Bu, kuantum silgidiye adlandırılır. Bu iki ilkeye dayalı üretilen kuantum şifreler, gönderici ve alıcıdan habersiz olarak kuantum enformasyon setinin içini görmeyi imkânsız hale getirecektir.
Bazıları dijital istilaya maruz kalacak
Kırılamaz şifreler, şifre koyucular ile şifre kırıcılar arasındaki siber savaşa son verilebilir. Onu geliştiren teknoloji devleri için siber güvenliği garanti altına alacaklar. Fakat tüm klasik şifreleri de kırabilecektir. Kuantum bilgisayarı olmayan şirket ve devletler ise muhtemelen geniş çaplı bir dijital istilaya maruz kalacaklar.
Klasik şifreleri kırmak imkansız değil, sadece zaman alır
Modern iletişim ve dijital altyapımızın çoğu ve çevrimiçi yaptığımız her şey; çevrimiçi alışverişten bankacılık işlemlerine, kişisel verilerden hükümet savunma sistemlerine, İHA’lardan savaş uçaklarına kadar uydu ve internet kanalıyla yaptığımız her şey klasik tekniklerle şifrelenmiştir. Klasik şifrelere duyulan güven miktarı, onları kırma süresinin uzunluğuna bağlıdır. Klasik şifreleri çözmek prensip olarak imkânsız değildir, sadece çok zaman alır. Örneğin 2024 yılında oluşturulan bir klasik şifre, 100 bin yıl sonra kırılabilecekse bu şifre yeterince güvenilir kabul edilir. Ama kuantum bilgisayarlar için bu süre birkaç saniye alacaktır.
Bütün klasik şifreler kolayca kırılacak
Aşırı hızlı Kuantum algoritmaları, irili ufaklı tüm klasik şifreleme şemalarını kıracak güçtedir. Tüm mevcut dijital güvenlik duvarlarımız, korsan kuantum siber saldırıları karşısında tuz buz olacaktır. Kişisel veriler, şirketler, banka hesapları, hükümet savunma sistemleri hatta Bitcoin cüzdanları korumasız kalacaktır. Tabi ki kuantum bilişim ekosisteminde yer alanlar hariç.
Harekete geçin çağrıları: Önlem alınmazsa zarar devasa olacak
Analizler, post-kuantum döneminde güvenlik önlemleri zamanında geliştirilemezse o günkü internet değil, bugünkü internet mirası da zarar göreceğini göstermektedir. Kuantum hesaplamanın şifre kırma gücü, kötü amaçlı bazı devletleri ve şirketleri şimdiden harekete geçirmiş olabileceğinden endişe ediliyor. Sektörün liderleri, kuantum korsanlık tehlikesine karşı güvenlik duvarlarını güçlendirin diyerek yetkililere “harekete geçme çağrısında” bulunuyorlar.
Şimdi Topla, Sonra Çöz Saldırıları: Kuantum siber korsanlık türü
Kötü amaçlı birçok ülkenin, şirketin ve siber korsanın kuantum bilgisayarların potansiyelini dikkate alarak günümüzde şifrelenmiş verileri depoladığı düşünülmektedir. Korsanlar, şimdilik işe yaramayan bu verileri kuantum bilgisayar kullanılarak çözmeyi planlıyorlar. “Şimdi topla, sonra çöz!” diye adlandırılan kuantum siber korsanlık tehdidi, gizli hükümet verileri için ciddi bir endişeyaratmış durumda. ABD hükümeti, şifrelenmiş veri topladığından şüphelendiği Çin gibi devletler karşısında avantaj sağlamak, mevcut güvenlik kayıtlarının korsan kuantum saldırılarına karşı korumak için alternatif önlemler üzerine çalışıyor.
Ne tür önlemler alınıyor
Kuantum bilgisayarlar kullanılan yapılacak kuantum siber korsanlığın oluşturduğu tehdidin büyüklüğü, durumu acil ve ivedi kılmaktadır. İlk acil görev, iletişim kanallarında akan devasamiktardaki şifrelenmiş veriyi koruma altına alma önlemlerinden oluşuyor. İkincisi, geleneksel hesaplamadan farklı yeni bir altyapı, özel çipler, yeni tür sensörler, kuantum cihazlar ve benzersiz yazılımlardan oluşan kuantum bilişim eko-sistemi inşa etmek. Hükümet yetkilileri, post-kuantum dönemi gelmeden önlem alabilenlerin küresel rekabette avantajı elde edeceğinin farkındalar.
ABD, kuantum korsanlığı ciddiye alıyor
Önümüzdeki 10 yıl içinde klasik şifreleme şemalarının kırılabileceği öngörüsünden hareket eden ABD, 2018 yılındaçıkardığı Ulusal Kuantum Girişim Yasası ile kuantum teknolojileriiçin Beyaz Saray içinde, federal ülke genelindeki kuantum teknoloji girişimlerini koordine etmek üzere Ulusal Kuantum Koordinasyon Ofisi kurdu; kuantum korsanlık riskine karşı AR-GE çalışmalarında kullanılmak üzere 1,2 milyar dolar tahsis etti. 2022 yılında Kuantum Bilişimde ABD Liderliğini Teşvik Etme ve Savunmasız Şifreleme Sistemlerine Yönelik Riskleri Azaltmaya Dair Ulusal Güvenlik Muhtırasını yayınladı. 2035 yılına kadar federal ağlardaki şifrelere yönelik risklerin çoğunu azaltmayı emreden Muhtıra, kuantum bilişiminde ABD liderliğini hızlandırmayı amaçlıyor. Tüm federal kurumlarının başkanlarına, kuantum korsanlığa karşı hassas verileri işaretleme, sistem açıklarının bir envanterini çıkarma emri veriyor.
Teknoloji devleri, ulus devletlere karşı orantısız bir güce ulaşabilir
Kuantum bilgisayarı geliştirebilen ilk kuruluş, mevcut iletişimakışını kolaylıkla yönetebileceği “post-kuantum” döneminibaşlatacaktır. Kuantum teknolojilerine muhtemelen devletlerden önce büyük teknoloji şirketleri ulaşacaklar ve küresel liderlik konusunda önemli bir avantaja sahip olacaklar. Halihazırda tekno-devler; platform gücü, alt yapı egemenliği, büyük veri stokları ve ağ iktidarını tekellerinde bulunduruyorlar. Bu güç yoğuşması ve küçük şirketleri bünyelerine katma (tekelleşme) eğilimleri dikkate alındığında, kuantum üstünlüğünü elde etmeleri durumunda bu, ulus devletler aleyhine güç dengesizliği yaratabilir. Birleşmiş Milletler ve yerel devletler, tekno-devler karşı boyun eğen bir duruma gelebilirler.
Kuantum uçuruma doğru adım adım
Bu gelişmeler, “kuantum uçurum” olarak adlandırılan yeni toplumsal bölünme ortaya çıkarabilir. Kuantum bilgisayarlara sahip olan ülkeler, ona sahip olmayan ülkeleri dijital müstemlekeye dönüştürebilecek bir teknolojik üstünlük elde etmiş olacaklar. Bu,dijital uçurumun radikal biçimde derinleştirecektir. BM’nin ve Avrupa Birliğinin müttefikleri üzerindeki etkisinin önemli ölçüde zayıflamasına neden olabilir.
Türkiye ne yapabilir?
Türkiye, Siber saldırılardan korunmak ve savunma sistemlerini güçlendirmek için kuantum teknolojisine yüklü miktarda acilen yatırım yapmak zorunda. 2050’li yıllara doğru dünyada söz sahibi olma iddiasını sürdürebilmesi buna bağlı. Bu yüzden bir türkuantum bilgisayar araştırma merkezi kurmak isteyebilir. Fakat aktif AR-GE alt yapısı bu yarışı tamamlamasına veya kazanmasına yetmeyebilir. Bu yüzden 1995’teki GENOM Projesinde ve CERN’de olduğu gibi milletler arası bir girişime dahil olmayı tercih edebilir. Türkiye bunu yapabilirse, Google ya da IBM’e ya da Çin girişimine dahil olabilirse kuantum siber koruma kalkanı altında girebilir.
Prof. Dr. Şevki Işıklı
Marmara Üniversitesi İletişim Fakültesi