智能電表安全實現(xiàn)量子飛躍

量子計算或存在著一個令人驚訝的新用途：公用事業(yè)計量表。Quantinuum是Honeywell Quantum Solutions公司和Cambridge Quantum公司的合并公司，專門從事量子計算，正在幫助構(gòu)建量子加密密鑰，以保護(hù)霍尼韋爾的智能公用事業(yè)電表。這項名為Quantum Origin的服務(wù)使用量子計算機生成大的隨機數(shù)，可以保護(hù)私人信息或敏感的網(wǎng)格基礎(chǔ)設(shè)施。

生成隨機數(shù)是創(chuàng)建用于加密和身份驗證的加密安全密鑰的第一步。一個運行良好的隨機數(shù)生成器可以確保攻擊者不存在可預(yù)測的模式來猜測未來的加密密鑰。傳統(tǒng)上，隨機數(shù)是通過算法生成的，例如，從π值中提取一個片段，或者使用硬件設(shè)備對電噪聲等物理現(xiàn)象進(jìn)行采樣。

新奧爾良大學(xué)數(shù)學(xué)助理教授Peter Bierhorst說，硬件隨機數(shù)生成器提供的隨機性水平對于大多數(shù)目的來說都足夠好。但仍有可能有人能夠預(yù)測這些設(shè)備產(chǎn)生的模式。例如，如果隨機數(shù)是從電噪聲樣本中生成的，攻擊者可能會獲得該噪聲的音頻記錄，并能夠?qū)С雒荑€。

“You and I would have a better chance of picking the exact same atom on planet Earth.”
—Tony Uttley, president and COO, Quantinuum

“在某種程度上，這是一個絕對確定的過程，”Bierhorst說，“任何事物的經(jīng)典力學(xué)模型總是100%由其初始條件決定的?！?/p>

另一方面，量子力學(xué)從根本上來說是不可預(yù)測的。當(dāng)測量孤立的量子系統(tǒng)時，量子態(tài)可能會崩潰，所以量子隨機數(shù)生成器可以是真正的隨機。

Quantinum總裁兼首席運營官Tony Uttley表示，在0到1的隨機性范圍內(nèi)，Quantinum產(chǎn)生的隨機數(shù)為1加或減2-128，換句話說，幾乎是完全隨機的?！斑@是一個零，后面還有33個零，”Uttley說，“會有更好的機會在地球上選擇完全相同的原子?！?/p>

量子隨機數(shù)生成器也有內(nèi)置的證據(jù)證明它們運行正常。為了生成隨機數(shù)，研究人員要求量子計算機解決一個在量子計算機上很容易計算但在經(jīng)典計算機上需要更長時間的問題。一旦驗證了響應(yīng)，輸出將用于創(chuàng)建隨機數(shù)。根據(jù)定義，給出的輸出是非概率的，因為它是用量子計算機計算的。在Quantinuum的量子計算機上，這個過程大約需要30個小時。

除此之外，Bierhorst說，經(jīng)典的隨機數(shù)生成器沒有真正的方法來證明它們的行為符合預(yù)期。這就產(chǎn)生了潛在的安全漏洞，例如生成器崩潰并引入可預(yù)測的模式，甚至允許攻擊者插入自己的數(shù)字生成算法。

Quantinuum量子計算機的“種子”輸出是一個1和0的隨機序列，它與霍尼韋爾經(jīng)典生成的隨機數(shù)相結(jié)合。Uttley表示，霍尼韋爾有自己的種子，但只要客戶自己的經(jīng)典隨機數(shù)生成器是私有的，每個種子實際上都可以被多個客戶使用。將量子種子與經(jīng)典生成的數(shù)字相結(jié)合的過程提供了額外的隨機性來源。

由此產(chǎn)生的隨機數(shù)創(chuàng)建了密碼密鑰，有助于確保公用事業(yè)公司和智能公用事業(yè)電表之間的通信安全。這些電表傳輸有關(guān)能源使用的私人和敏感信息，黑客可能會利用這些信息策劃勒索軟件攻擊或破壞關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施。

Uttley表示，智能電網(wǎng)、電網(wǎng)和供水網(wǎng)是可能成為攻擊目標(biāo)的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的一部分，尤其是因為這些系統(tǒng)在現(xiàn)場存在多年甚至幾十年。其他可以利用量子隨機數(shù)生成器增強的穩(wěn)健性的行業(yè)包括金融業(yè)和醫(yī)療保健。

Uttley表示，智能電網(wǎng)、電網(wǎng)和供水網(wǎng)是可能成為攻擊目標(biāo)的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的一部分，尤其是因為這些系統(tǒng)在現(xiàn)場存在多年甚至幾十年。其他可以利用量子隨機數(shù)生成器增強的穩(wěn)健性的行業(yè)包括金融業(yè)和醫(yī)療保健。