智能電表安全實現量子飛躍

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，正在幫助構建量子加密密鑰，以保護霍尼韋爾的智能公用事業電表。這項名為Quantum Origin的服務使用量子計算機生成大的隨機數，可以保護私人信息或敏感的網格基礎設施。

生成隨機數是創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生成器可以確保攻擊者不存在可預測的模式來猜測未來的加密密鑰。傳統上，隨機數是通過算法生成的，例如，從π值中提取一個片段，或者使用硬件設備對電噪聲等物理現象進行采樣。

新奧爾良大學數學助理教授Peter Bierhorst說，硬件隨機數生成器提供的隨機性水平對于大多數目的來說都足夠好。但仍有可能有人能夠預測這些設備產生的模式。例如，如果隨機數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，并能夠導出密鑰。

“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，“任何事物的經典力學模型總是100%由其初始條件決定的。”

另一方面，量子力學從根本上來說是不可預測的。當測量孤立的量子系統時，量子態可能會崩潰，所以量子隨機數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，Quantinum產生的隨機數為1加或減2-128，換句話說，幾乎是完全隨機的。“這是一個零，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。”

量子隨機數生成器也有內置的證據證明它們運行正常。為了生成隨機數，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典計算機上需要更長時間的問題。一旦驗證了響應，輸出將用于創建隨機數。根據定義，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，經典的隨機數生成器沒有真正的方法來證明它們的行為符合預期。這就產生了潛在的安全漏洞，例如生成器崩潰并引入可預測的模式，甚至允許攻擊者插入自己的數字生成算法。

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

由此產生的隨機數創建了密碼密鑰，有助于確保公用事業公司和智能公用事業電表之間的通信安全。這些電表傳輸有關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鍵基礎設施。

Uttley表示，智能電網、電網和供水網是可能成為攻擊目標的關鍵基礎設施的一部分，尤其是因為這些系統在現場存在多年甚至幾十年。其他可以利用量子隨機數生成器增強的穩健性的行業包括金融業和醫療保健。

Uttley表示，智能電網、電網和供水網是可能成為攻擊目標的關鍵基礎設施的一部分，尤其是因為這些系統在現場存在多年甚至幾十年。其他可以利用量子隨機數生成器增強的穩健性的行業包括金融業和醫療保健。