TECNOLOGIA E SICUREZZA

Costruire nuove reti quantistiche per la sicurezza dei dati: strumenti e tecnologie

Le tecnologie quantistiche costituiscono la maggiore preoccupazione per la sicurezza dei dati ma forniscono anche gli strumenti per realizzare comunicazioni assolutamente sicure. La Quantum Key Distribution (QKD) dà una risposta alla necessità di distribuire chiavi crittografiche con la certezza di assoluta riservatezza, ma per sfruttare questa tecnologia è necessario costruire nuove reti per la distribuzione su larga scala delle chiavi per la protezione dei dati

14 Ott 2021
C
Paolo Comi

Research and Innovation Manager di Italtel

Una delle principali necessità della società digitale è quella di proteggere i propri dati e di realizzare comunicazioni sicure e riservate tra persone e oggetti che possono trovarsi in un luogo qualsiasi del nostro pianeta. Il problema principale da risolvere è quello di distribuire chiavi crittografiche in maniera assolutamente riservata e sicura tra tutti i partecipanti alla comunicazione.

Le reti tradizionali non sono più adeguate per garantire queste condizioni perché le nuove tecnologie quantistiche come il quantum computing saranno presto in grado di violarle.

Queste stesse tecnologie quantistiche, però, permettono di costruire nuove reti assolutamente sicure e integrabili con le reti in fibra ottica esistenti, a patto di utilizzare correttamente la tecnologia e rispettare precisi vincoli e limitazioni sulla potenza del segnale con conseguenze sulla lunghezza delle tratte.

Crittografia post-quantum, per resistere agli attacchi quantistici: gli scenari

Gli strumenti per la sicurezza

Un requisito fondamentale per la protezione di dati e comunicazioni è possedere un buon algoritmo di crittografia e una chiave robusta per utilizzarlo. Inoltre è necessario che entrambi o almeno uno di essi sia mantenuto segreto, o meglio, che sia noto solo ai soggetti in comunicazione.

WHITEPAPER
DATI: fonte imprescindibile per le aziende! PROTEGGILI e mantienili CONFORMI alle regole
Big Data
Sicurezza

Utilizzare algoritmi segreti è poco pratico: prima di tutto dovrebbero essere distribuiti tra tutti gli interlocutori, e quindi non sarebbero più tanto segreti, e poi dovrebbero essere aggiornati con regolarità assicurando sempre di utilizzare solo l’ultima versione.

La soluzione veramente pratica, invece, è quella di mantenere segreta la chiave. In questo caso gli interlocutori devono possedere la stessa chiave almeno per la durata della trasmissione dei dati. Anzi, è bene che per una nuova comunicazione si utilizzi una nuova chiave.

La sfida da affrontare è quella di consegnare la chiave crittografica ai partecipanti della comunicazione in modo assolutamente sicuro e riservato.

Il problema è tutt’altro che banale perché le informazioni trasmesse in rete possono essere intercettate e duplicate.

Nel tempo si sono messi a punto algoritmi sempre più complessi per accordarsi su una chiave crittografica, basandosi sulla risoluzione di problemi matematici molto difficili come la fattorizzazione di numeri primi molto grandi. Con l’avvento dei computer quantistici però tutti questi metodi perderanno la loro efficacia.

Distribuire le chiavi con tecnologia quantistica

La Quantum Key Distribution (QKD) fornisce una risposta alla necessità di distribuire chiavi crittografiche con la certezza di assoluta riservatezza. Il meccanismo non si basa su algoritmi matematici complessi ma sulla capacità di trasmettere un singolo fotone che, grazie alle proprietà della fisica quantistica, viene consumato nel momento nel quale viene letto garantendo quindi l’assoluta riservatezza dell’informazione trasferita.

Sulla descrizione della tecnologia QKD esiste già ampia documentazione. In questo articolo ci basta considerare che esiste un modo assolutamente sicuro e riservato per svolgere il compito di distribuire chiavi crittografiche in rete.

Il pregio della QKD è di non temere la minaccia del computer quantistico. Serve tuttavia un canale quantistico, che può essere una fibra ottica o un link satellitare sul quale trasportare i fotoni.

Integrazione nelle reti di telecomunicazione

Il metodo più semplice per applicare la tecnologia QKD consiste nell’utilizzare una bobina di fibra ottica ai cui capi sono installati un generatore di fotoni e un riconoscitore.

Questo modello ha il vantaggio di massimizzare la distanza, che può raggiungere alcune centinaia di chilometri, però ha il difetto di richiedere l’installazione di un collegamento in fibra dedicato unicamente alla trasmissione di chiavi, per ogni coppia di punti fisici. Questo tipo di approccio risulta impraticabile al di fuori di un contesto di ricerca.

La soluzione realmente percorribile per un utilizzo pratico, anche commerciale, di questa tecnologia quindi deve passare per l’integrazione nelle attuali reti di comunicazione in fibra ottica. Il primo beneficio sarà la possibilità di collegare due punti senza il vincolo di dover utilizzare un collegamento dedicato.

La soluzione ottimale è quella di integrare la QKD con i normali canali usati per la trasmissione dati utilizzando una frequenza o colore d’onda all’interno della fibra ottica.

Vincoli e punti di attenzione

Ci sono però una serie di elementi da considerare. Il primo vincolo è che sulle tratte QKD non possono essere installati dispositivi attivi di amplificazione ottica. I fotoni infatti non devono subire alcuna alterazione durante il percorso altrimenti si perde l’informazione trasportata rendendo inapplicabile la tecnologia.

Un secondo elemento riguarda la lunghezza delle tratte.

Dato che la QKD si basa sulla trasmissione di un singolo fotone, senza elementi di amplificazione, il normale fenomeno di attenuazione lungo la tratta ne limita la lunghezza. Oltre a questo bisogna gestire il problema delle interferenze generate dai canali adiacenti utilizzati per la trasmissione dati che invece trovano vantaggioso alzare la potenza dei laser per migliorare la qualità della trasmissione.

In conclusione, integrare un canale dedicato alla QKD in una fibra ottica di una rete di comunicazione richiede una serie di attenzioni e comporta alcuni vincoli sulla lunghezza delle singole tratte.

In termini pratici un link QKD può raggiungere una lunghezza non superiore ad una ventina di chilometri. Anche con questi vincoli e limitazioni la prospettiva di integrare la QKD in una rete di comunicazione rimane estremamente interessante.

Estendere le reti a livello globale

Il risultato ottenuto fino a questo punto è solo il primo passo per la realizzazione di una rete globale di distribuzione di chiavi crittografiche di alta qualità. Pur con tutte le limitazioni fisiche che abbiamo esplorato, i singoli link QKD possono essere collegati tra loro attraverso nodi di ripetizione o trusted nodes e, in futuro, di quantum repeaters.

Un trusted node è costituito da una coppia ricevitore-trasmettitore QKD. I fotoni vengono letti fino a ricostruire la chiave che viene poi trasmessa sul link adiacente. In questo modo un link QKD può essere collegato al successivo per realizzare una rete globale.

A questo tipo di nodo viene anteposto l’aggettivo trusted per evidenziare la necessità di realizzare una soluzione ingegneristica per rendere sicuro il nodo.

Nel frattempo si sta lavorando anche ai quantum repeaters ossia apparati che, a livello quantistico, sono in grado di riprodurre il fotone ricevuto. I tempi per la reale disponibilità dei quantum repeaters però sono ancora piuttosto lunghi. La necessità di sicurezza e i tempi di sviluppo della tecnologia suggeriscono quindi di investire nella realizzazione di trusted nodes per poi evolverli con i quantum repeaters.

Crittografia post-quantistica e meccanica quantistica: alleate per la sicurezza dei dati

Esempi di QKD in Italia

Nel panorama europeo l’Italia è uno dei paesi più avanzati nella ricerca e sviluppo delle tecnologie quantistiche e, in particolare, della QKD.

A questo riguardo è significativo citare la dimostrazione pubblica della tecnologia svolta a Trieste durante il meeting G20 del 5 agosto 2021. In questo caso i fotoni del link QKD sono stati trasmessi su una connessione in fibra dedicata che collegava Trieste con Lubiana e Fiume. La connessione è stata usata per effettuare una video chiamata resa sicura dalla crittografia basata su QKD. Il passaggio all’integrazione della QKD in una rete in esercizio è stato realizzato recentemente a Torino grazie alla iniziativa di collaborazione tra istituti di ricerca, università, industria e operatori di telecomunicazione cui prende parte, tra gli altri, anche Italtel insieme al consorzio Top-IX.

L’esigenza di sicurezza è elevata e le preoccupazioni per minacce come quelle generate dai computer quantistici sono più che motivate.

La stessa fisica quantistica però ci fornisce gli strumenti per contrastare questi rischi. La quantum key distribution è una tecnologia capace di trasferire chiavi crittografiche in assoluta sicurezza e riservatezza indipendentemente dalla potenza computazionale dell’avversario.

Questa tecnologia oggi può essere integrata nelle reti di comunicazione in fibra ottica. Con fierezza possiamo dire che noi in Italia siamo capaci di farlo e lo abbiamo già dimostrato in diverse occasioni. Ora sarà compito del mercato creare le condizioni per trasformare queste competenze e queste tecnologie in soluzioni concrete per i bisogni di sicurezza della nostra società.

WHITEPAPER
Sicurezza garantita per le tue applicazioni: ecco i 5 passaggi chiave da rispettare
Sicurezza
Software
@RIPRODUZIONE RISERVATA

Speciale PNRR

Tutti
Incentivi
PA
Sostemibilità
Analisi
Formazione
Salute digitale
Sicurezza
Sostenibilità
Digital Economy
Formazione
Trasferimento tecnologico, il Mise mette sul piatto 7,5 milioni
Strategie
PSN e Strategia Cloud Italia: a che punto siamo e come supportare la PA in questo percorso
Dispersione idrica
Siccità: AI e analisi dei dati possono ridurre gli sprechi d’acqua. Ecco gli interventi necessari
PNRR
Cloud, firmato il contratto per l’avvio di lavori del Polo strategico
Formazione
Competenze digitali, stanziati 48 milioni per gli Istituti tecnologici superiori
Iniziative
Digitalizzazione delle reti idriche: oltre 600 milioni per 21 progetti
Competenze e competitività
PNRR, così i fondi UE possono rilanciare la ricerca e l’Università
Finanziamenti
PNRR, si sbloccano i fondi per l’agrisolare
Sanità post-pandemica
PNRR, Missione Salute: a che punto siamo e cosa resta da fare
Strategie
Sovranità e autonomia tecnologica nazionale: come avviare un processo virtuoso e sostenibile
La relazione
Pnrr e PA digitale, l’alert della Corte dei conti su execution e capacità di spesa
L'editoriale
Elezioni 2022, la sfida digitale ai margini del dibattito politico
Strategie
Digitale, il monito di I-Com: “Senza riforme Pnrr inefficace”
Transizione digitale
Pnrr: arrivano 321 milioni per cloud dei Comuni, spazio e mobilità innovativa
L'analisi I-COM
Il PNRR alla prova delle elezioni: come usare bene le risorse e centrare gli obiettivi digitali
Cineca
Quantum computing, una svolta per la ricerca: lo scenario europeo e i progetti in corso
L'indice europeo
Desi, l’Italia scala due posizioni grazie a fibra e 5G. Ma è (ancora) allarme competenze
L'approfondimento
PNRR 2, ecco tutte le misure per cittadini e imprese: portale sommerso, codice crisi d’impresa e sismabonus, cosa cambia
Servizi digitali
PNRR e trasformazione digitale: ecco gli investimenti e le riforme previste per la digitalizzazione della PA
Legal health
Lo spazio europeo dei dati sanitari: come circoleranno le informazioni sulla salute nell’Unione Europea
Servizi digitali
PNRR e PA digitale: non dimentichiamo la dematerializzazione
Digital Healthcare transformation
La trasformazione digitale degli ospedali
Governance digitale
PA digitale, è la volta buona? Così misure e risorse del PNRR possono fare la differenza
Servizi digitali
Comuni e digitale, come usare il PNRR senza sbagliare
La survey
Pnrr e digitale accoppiata vincente per il 70% delle pmi italiane
Missione salute
Fascicolo Sanitario Elettronico alla prova del PNRR: limiti, rischi e opportunità
Servizi pubblici
PNRR: come diventeranno i siti dei comuni italiani grazie alle nuove risorse
Skill gap
PNRR, la banda ultra larga crea 20.000 nuovi posti di lavoro
Il Piano
Spazio, Colao fa il punto sul Pnrr: i progetti verso la milestone 2023
FORUMPA2022
PNRR e trasformazione digitale: rivedi i Talk di FORUM PA 2022 in collaborazione con le aziende partner
I contratti
Avio, 340 milioni dal Pnrr per i nuovi propulsori a metano
Next Generation EU
PNRR, a che punto siamo e cosa possono aspettarsi le aziende private
Fondi
Operativo il nuovo portale del MISE con tutti i finanziamenti per le imprese
Servizi comunali
Il PNRR occasione unica per i Comuni digitali: strumenti e risorse per enti e cittadini
Healthcare data platform
PNRR dalla teoria alla pratica: tecnologie e soluzioni per l’innovazione in Sanità
Skill
Competenze digitali, partono le Reti di facilitazione
Gli obiettivi
Scuola 4.0, PNRR ultima chance: ecco come cambierà il sistema formativo
Sistema Paese
PNRR 2, è il turno della space economy
FORUM PA 2022
FORUM PA 2022: la maturità digitale dei comuni italiani rispetto al PNRR
Analisi
PNRR: dalla Ricerca all’impresa, una sfida da cogliere insieme
Innovazione
Pnrr, il Dipartimento per la Trasformazione digitale si riorganizza
FORUM PA 2022
PA verde e sostenibile: il ruolo di PNRR, PNIEC, energy management e green public procurement
Analisi
PNRR, Comuni e digitalizzazione: tutto su fondi e opportunità, in meno di 3 minuti. Guarda il video!
Rapporti
Competenze digitali e servizi automatizzati pilastri del piano Inps
Analisi
Attuazione del PNRR: il dialogo necessario tra istituzioni e società civile. Rivedi lo Scenario di FORUM PA 2022
Progetti
Pnrr, fondi per il Politecnico di Torino. Fra i progetti anche IS4Aerospace
Analisi
PNRR, Colao fa il punto sulla transizione digitale dell’Italia: «In linea con tutte le scadenze»
La Svolta
Ict, Istat “riclassifica” i professionisti. Via anche al catalogo dati sul Pnrr
Analisi
Spazio, Colao fa il punto sul Pnrr: i progetti verso la milestone 2023
FORUM PA 2022
Ecosistema territoriale sostenibile: l’Emilia Romagna tra FESR e PNRR
Il Piano
Innovazione, il Mise “centra” gli obiettivi Pnrr: attivati 17,5 miliardi
Analisi
PNRR: raggiunti gli obiettivi per il primo semestre 2022. Il punto e qualche riflessione
Analisi
PNRR: dal dialogo tra PA e società civile passa il corretto monitoraggio dei risultati, tra collaborazione e identità dei luoghi
Webinar
Comuni e PNRR: un focus sui bandi attivi o in pubblicazione
Analisi
Formazione 4.0: cos’è e come funziona il credito d’imposta
PA e Sicurezza
PA e sicurezza informatica: il ruolo dei territori di fronte alle sfide della digitalizzazione
PA e sicurezza
PNRR e servizi pubblici digitali: sfide e opportunità per Comuni e Città metropolitane
Water management
Water management in Italia: verso una transizione “smart” e “circular” 
LE RISORSE
Transizione digitale, Simest apre i fondi Pnrr alle medie imprese
Prospettive
Turismo, cultura e digital: come spendere bene le risorse del PNRR
Analisi
Smart City: quale contributo alla transizione ecologica
Decarbonizzazione
Idrogeno verde, 450 milioni € di investimenti PNRR, Cingolani firma
Unioncamere
PNRR, imprese in ritardo: ecco come le Camere di commercio possono aiutare
I fondi
Industria 4.0: solo un’impresa su tre pronta a salire sul treno Pnrr
Formazione
Trasferimento tecnologico, il Mise mette sul piatto 7,5 milioni
Strategie
PSN e Strategia Cloud Italia: a che punto siamo e come supportare la PA in questo percorso
Dispersione idrica
Siccità: AI e analisi dei dati possono ridurre gli sprechi d’acqua. Ecco gli interventi necessari
PNRR
Cloud, firmato il contratto per l’avvio di lavori del Polo strategico
Formazione
Competenze digitali, stanziati 48 milioni per gli Istituti tecnologici superiori
Iniziative
Digitalizzazione delle reti idriche: oltre 600 milioni per 21 progetti
Competenze e competitività
PNRR, così i fondi UE possono rilanciare la ricerca e l’Università
Finanziamenti
PNRR, si sbloccano i fondi per l’agrisolare
Sanità post-pandemica
PNRR, Missione Salute: a che punto siamo e cosa resta da fare
Strategie
Sovranità e autonomia tecnologica nazionale: come avviare un processo virtuoso e sostenibile
La relazione
Pnrr e PA digitale, l’alert della Corte dei conti su execution e capacità di spesa
L'editoriale
Elezioni 2022, la sfida digitale ai margini del dibattito politico
Strategie
Digitale, il monito di I-Com: “Senza riforme Pnrr inefficace”
Transizione digitale
Pnrr: arrivano 321 milioni per cloud dei Comuni, spazio e mobilità innovativa
L'analisi I-COM
Il PNRR alla prova delle elezioni: come usare bene le risorse e centrare gli obiettivi digitali
Cineca
Quantum computing, una svolta per la ricerca: lo scenario europeo e i progetti in corso
L'indice europeo
Desi, l’Italia scala due posizioni grazie a fibra e 5G. Ma è (ancora) allarme competenze
L'approfondimento
PNRR 2, ecco tutte le misure per cittadini e imprese: portale sommerso, codice crisi d’impresa e sismabonus, cosa cambia
Servizi digitali
PNRR e trasformazione digitale: ecco gli investimenti e le riforme previste per la digitalizzazione della PA
Legal health
Lo spazio europeo dei dati sanitari: come circoleranno le informazioni sulla salute nell’Unione Europea
Servizi digitali
PNRR e PA digitale: non dimentichiamo la dematerializzazione
Digital Healthcare transformation
La trasformazione digitale degli ospedali
Governance digitale
PA digitale, è la volta buona? Così misure e risorse del PNRR possono fare la differenza
Servizi digitali
Comuni e digitale, come usare il PNRR senza sbagliare
La survey
Pnrr e digitale accoppiata vincente per il 70% delle pmi italiane
Missione salute
Fascicolo Sanitario Elettronico alla prova del PNRR: limiti, rischi e opportunità
Servizi pubblici
PNRR: come diventeranno i siti dei comuni italiani grazie alle nuove risorse
Skill gap
PNRR, la banda ultra larga crea 20.000 nuovi posti di lavoro
Il Piano
Spazio, Colao fa il punto sul Pnrr: i progetti verso la milestone 2023
FORUMPA2022
PNRR e trasformazione digitale: rivedi i Talk di FORUM PA 2022 in collaborazione con le aziende partner
I contratti
Avio, 340 milioni dal Pnrr per i nuovi propulsori a metano
Next Generation EU
PNRR, a che punto siamo e cosa possono aspettarsi le aziende private
Fondi
Operativo il nuovo portale del MISE con tutti i finanziamenti per le imprese
Servizi comunali
Il PNRR occasione unica per i Comuni digitali: strumenti e risorse per enti e cittadini
Healthcare data platform
PNRR dalla teoria alla pratica: tecnologie e soluzioni per l’innovazione in Sanità
Skill
Competenze digitali, partono le Reti di facilitazione
Gli obiettivi
Scuola 4.0, PNRR ultima chance: ecco come cambierà il sistema formativo
Sistema Paese
PNRR 2, è il turno della space economy
FORUM PA 2022
FORUM PA 2022: la maturità digitale dei comuni italiani rispetto al PNRR
Analisi
PNRR: dalla Ricerca all’impresa, una sfida da cogliere insieme
Innovazione
Pnrr, il Dipartimento per la Trasformazione digitale si riorganizza
FORUM PA 2022
PA verde e sostenibile: il ruolo di PNRR, PNIEC, energy management e green public procurement
Analisi
PNRR, Comuni e digitalizzazione: tutto su fondi e opportunità, in meno di 3 minuti. Guarda il video!
Rapporti
Competenze digitali e servizi automatizzati pilastri del piano Inps
Analisi
Attuazione del PNRR: il dialogo necessario tra istituzioni e società civile. Rivedi lo Scenario di FORUM PA 2022
Progetti
Pnrr, fondi per il Politecnico di Torino. Fra i progetti anche IS4Aerospace
Analisi
PNRR, Colao fa il punto sulla transizione digitale dell’Italia: «In linea con tutte le scadenze»
La Svolta
Ict, Istat “riclassifica” i professionisti. Via anche al catalogo dati sul Pnrr
Analisi
Spazio, Colao fa il punto sul Pnrr: i progetti verso la milestone 2023
FORUM PA 2022
Ecosistema territoriale sostenibile: l’Emilia Romagna tra FESR e PNRR
Il Piano
Innovazione, il Mise “centra” gli obiettivi Pnrr: attivati 17,5 miliardi
Analisi
PNRR: raggiunti gli obiettivi per il primo semestre 2022. Il punto e qualche riflessione
Analisi
PNRR: dal dialogo tra PA e società civile passa il corretto monitoraggio dei risultati, tra collaborazione e identità dei luoghi
Webinar
Comuni e PNRR: un focus sui bandi attivi o in pubblicazione
Analisi
Formazione 4.0: cos’è e come funziona il credito d’imposta
PA e Sicurezza
PA e sicurezza informatica: il ruolo dei territori di fronte alle sfide della digitalizzazione
PA e sicurezza
PNRR e servizi pubblici digitali: sfide e opportunità per Comuni e Città metropolitane
Water management
Water management in Italia: verso una transizione “smart” e “circular” 
LE RISORSE
Transizione digitale, Simest apre i fondi Pnrr alle medie imprese
Prospettive
Turismo, cultura e digital: come spendere bene le risorse del PNRR
Analisi
Smart City: quale contributo alla transizione ecologica
Decarbonizzazione
Idrogeno verde, 450 milioni € di investimenti PNRR, Cingolani firma
Unioncamere
PNRR, imprese in ritardo: ecco come le Camere di commercio possono aiutare
I fondi
Industria 4.0: solo un’impresa su tre pronta a salire sul treno Pnrr