Điện toán lượng tử được nhìn từ hai phía - Kẻ bị tân công và Kẻ tấn công các hệ thống thông tin

1. Các vấn đề An toàn thông tin của Điện toán
lượng tử trong Công nghiệp hàng không
Người trình bày: Đàm Lê Anh
Tổng công ty Hàng không Việt nam
Thành viên VNISA

2. Tổng quan
•Máy tính lượng tử
• Mối đe dọa cho các phương pháp mã hóa hiện có
•Mã hóa lượng tử
• Tính bảo mật được đảm bảo bới các quy luật vật lý
•Điện toán điện tử bảo mật
• Tính bảo mật cao trong điện toán đám mây

4. Máy tính lượng tử
• Máy tính lượng tử (còn gọi là siêu máy tính lượng tử) là một thiết bị tính toán
sử dụng trực tiếp các hiệu ứng của cơ học lượng tử như tính chồng
chập và vướng víu lượng tử để thực hiện các phép toán trên dữ liệu đưa vào

5. Các khái niệm
Qubit
Qubit được định nghĩa là một đối tượng dùng để truyền tải thông tin trên nền tảng lý thuyết thông tin
lượng tử và tính toán trên máy tính lượng tử.
Trong nghiên cứu lý thuyết, qubit thường được mô tả như một hạt có spin ½.
Hệ lượng tử Tính chất vật lý
Photon Phân cực tuyến tính Ngang Dọc
Photon Phân cực tròn Trái Phải
Hạt nhân nguyên tử Spin Lên Xuống
Electron Spin Lên Xuống
Nguyên tử 2 mức năng
lượng
Trạng thái năng lượng Trạng thái cơ bản
Trạng thái kích
thích

6. Qubit

7. Một vài nguyên tắc
• Chồng chập lượng tử (superposition)
Chồng chập lượng tử có thể được phát biểu là "nếu một hệ lượng tử có thể
được phát hiện ở một trong 2 trạng thái, A và B với các tính chất khác nhau, nó
cũng có thể được phát hiện ở trạng thái tổ hợp của chúng, aA + bB, ở
đó a và b là các số bất kỳ".
• Vướng víu lượng tử (Quantum entanglement)
Vướng víu lượng tử hay rối lượng tử, liên đới lượng tử là một hiệu ứng trong cơ
học lượng tử trong đó trạng thái lượng tửcủa hai hay nhiều vật thể có liên hệ
với nhau, dù chúng cách xa tới mức nào, thậm chí là tới khoảng cách lên tới cả
nhiều năm ánh sáng.
• Định lý không nhân bản (No-cloning theorem)
• Việc tạo ra một bản sao giống hệt của một trạng thái lượng tử chưa biết là
không thể.

8. Các đặc điểm của Điện toán điện tử
•Không ổn định – Tính sẵn sàng
• Nhiều lỗi –
• Mất các trạng thái lượng tử
•Khó xây dựng triển khai
•Cung cấp nhưng khả năng mới
• Tính toán song song
• Phân tích nhân tử (Shor)

9. Điện toán lượng tử và Hàng không vũ trụ
Phòng thí nghệm trí tuệ nhân tạo của NASA (NASA's Quantum
Artificial Intelligence Laboratory (QuAIL)) đã triển khai
• 2,048-qubit D-Wave 2000Q™ từ 31/08/2017
• Adiabatic Quantum Computing (AQC) and Quantum
Annealing - Phương pháp tính giải quyết vấn đề tối ưu
hóa cùng một loạt vấn đề xử lý khác
(https://ti.arc.nasa.gov/tech/dash/groups/quail/)

10. Điện toán lượng tử và công nghiệp hàng
không
Boeing ra mắt bộ phận Điện toán lượng tử và neuromorphic 18/10/2018 Disruptive Computing and
Networks (DC&N) https://ti.arc.nasa.gov/tech/dash/groups/quail/
Airbus đặt ra các vấn đề cấp thiết phải đối mặt sử dụng điện toán lượng tử để giải quyết:
1. Tối ưu hóa cất hạ cánh (an toàn, nhiên liệu, tăng hiệu quá của máy bay)
2. Tính toán mô hình khí động cho máy bay, giải các bài toán khí động tìm ra các nguyên lý, mô hình
khí động học
3. Tính toán tối ưu hóa không gian bằng cách đánh gia nhiều tham sô đồng thời , tối ưu hóa trọng
lượn… mà vẫn đảm bảo cấu trúc an toàn và đầy đủ tính năng
4. Tối ưu hóa tải trọng-Tối ưu hóa doanh thu, giảm chi phí nhiên liệu, giảm chi phí vận hành
https://www.airbus.com/innovation/tech-challenges-and-competitions/airbus-quantum-computing-challenge.
html
Quantum Computing Center QCC của Lockheed đã sở hữu D-Wave với 128 Qubit từ 2011 đến 2014
đã nâng cấp lên 512 Qubit và tháng 7/2018 nâng cấp lên 1098 Qubit. Nhiệm vụ chính là xác minh và
xác thực trong các ứng dụng Verification and Validation (V&V).

11. Điện toán lượng tử và nhà vân chuyển Hàng
không
AI IN AVIATION WHITE PAPER | JUNE 2018 của IATA đã xác định nhiệm vụ chính ứng dụng cho các
Airlines áp dụng tính toán mạng neural và điện toán lượng tử là:
1. Dịch vụ 24/7
2. Đảm bảo các ứng dụng luôn được cập nhật 100%
3. Trải nghiệm chuyến bay tiện nghi hơn
4. Giám sát an toàn trên thời gian thực
5. Vận chuyển hành lý hàng hóa
6. Đưa rác quyết định thương mại kịp thời và chính xác
7. Đưa ra các giá trị gia tăng mới: Ví dụ Pop.Up của Airbus

12. Nhu cầu An toàn thông tin cho các hệ thống
Hàng không áp dụng điện toán lượng tử
• Các thuộc tính chính của An
toàn thông tin được đặt ra
khi nâng cao, mở rộng chất
lượng dịch vụ, sức ép cạnh
tranh lớn
• Điện toán lương tử có đặc
tính mạnh nhất trong bảo
mật do các quy luật vật lý
mà nó áp dụng
• Mặt khác điện toán lượng tử
cung cấp công cụ mạnh
cho hacker

13. Dự báo của PwC- RQC

14. Sức mạnh của Điện toán lượng tử
•

15. Các rủi ro trong thời đại điện toán lượng tử
•Các thông tin quốc gia, thị trường, các giả pháp… thường được
lưu trữ >50 năm hoặc vĩnh viễn và chắc chắn sẽ tồn tại đến sau Q-Day
và cần được bảo bệ
•Việc bảo vệ cần được hoạch định ngay
2019 Thời gian đến… Q-Day
Triển khai các thay đổi cho các hệ thống ATTT
Các số liệu được bảo vệ

16. Thuật toán Shor
•Bản chất thuật toán SHOR là
phân tích nhân tử N=p*q
•RSA dựa trên quan điểm về độ
phức tạp tính toán khi đưa ra số
N hãy tìm sô q và p – điều này là
rất khó khăn
•Máy tính lượng tử dựa trên BQP
(bounded-error quantum
polynomial time ) có thể thực
hiện được
https://www.technologyreview.com/s/613596/how-a-quantum-computer-could-break-2048-bit-r
sa-encryption-in-8-hours/?utm_campaign=site_visitor.unpaid.engagement&utm_medium=tr_soci
al&utm_source=facebook&fbclid=IwAR1FG4ZaFBHI8jjJnFRXFO-fJBAnX9utUKh533i3TA0pIFw1Mw
mS3fy2dzw

17. • Cần máy tính lượng tử với 20 triệu Qubit
Q-Series của IBM 20 Qubit
Trung quốc 6/11/2108 Thông báo làm được
máy 12 Qubit
(https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/Phys
RevLett.122.110501?fbclid=IwAR0k_7CBfWXc0Z
IQEx3tAf4u72noOmUx4L70UeO7LHbInyaPscZqd
AtNDMQ)

18. Máy tính lượng tử mạnh nhất được thương
mại hóa
D-Wave
One
D-Wave
Two
D-Wave 2X
D-Wave
2000Q[53][54]
"Next-gen"
[52]
Release
date
May 2011 May 2013
August
2015
January
2017
Mid 2020
Code-nam
e
Rainier Vesuvius W1K W2K
Qubits 128 512 1152 2048 >5000
Couplers[5
5] 352 1472 3360 6016 >37500

19. Điện toán lượng tử hỗ trợ ATTT

20. Tạo các số ngẫu nhiên lượng tử (QRNG)
• Các thuật toán mã hóa hiện có có thể được củng cố bằng cách
thêm vào các số thực sự ngẫu nhiên-các khóa lượng tử sử dụng
khai thác tính tuyệt đối ngẫu nhiên hoàn hảo
• “Một máy tạo số lượng tử không chỉ được sử dụng cho mật mã
lượng tử; nó có thể được sử dụng cho bất kỳ mật mã nào và làm
cho tất cả mật mã tốt hơn. Nó có thể làm cho máy tính của bạn an
toàn hơn ngay ngày hôm nay”
• Dr. Raymond Newell of Los Alamos National Lab

21. Mã hóa hậu lượng tử -Post Quantum Cryptography
•Dùng các phương pháp mã hóa hiện có ( ví dụ ECC - Elliptic
curve cryptography)
•Các phương pháp mã hóa này không bị phá bởi các thuật toán
lượng tử
•Tính bảo mật hiện vẫn chưa được chứng minh

22. Mã hóa lượng tử-Quantum Cryptography
•Mật mã truyền thống khai thác chủ yếu các kết quả toán học của việc
xác định độ phức tạp tính toán nhằm vô hiệu hoá kẻ tấn công
•Truyền mã khóa
•Mật mã lượng tử khai thác chính bản chất Vật lý của các đối tượng
mang thông tin - các trạng thái lượng tử (BB84) đã truyền được hàng
trăm km
•Do định luât không sao chép, khi bị nghe lén thông tin sẽ mất và hành
vi nghe lén bị phát hiện

23. Xin chân thành cảm ơn!
“Nhanh lên chứ vội vàng lên đi chứ!”
Hỡi anh em, Q-Day đến thật rồi!
(Phỏng thơ Xuân Diệu)

24. Tài liệu trích dẫn
• Vi.Wikipedia.org
• Strengths and Weaknesses of Quantum Computing ( Zahid Hussain MS150200612, Virtual
University of Pakistan )
• Information Security in the Age of Quantum Technologies (Russian Quantum Center
• https://www.techspot.com/news/79024-ibm-aims-double-quantum-computing-speed-ye
arly.html
• https://vi.wikipedia.org/wiki/Thu%E1%BA%ADt_to%C3%A1n_Shor
• https://en.wikipedia.org/wiki/BQP
• https://www.technologyreview.com/s/613596/how-a-quantum-computer-could-break-2
048-bit-rsa-encryption-in-8-hours/?utm_campaign=site_visitor.unpaid.engagement&utm
_medium=tr_social&utm_source=facebook&fbclid=IwAR1FG4ZaFBHI8jjJnFRXFO-fJBAnX9u
tUKh533i3TA0pIFw1MwmS3fy2dzw
• Ocw.mit.ed