16.5.2023 8:00

Kansallisen kvanttisalausverkon rakentaminen käynnistyy

Pääkaupunkiseudulle rakennetaan julkinen koeverkko, joka mahdollistaa kvanttisalausteknologioiden esittelyn ja tarjoaa suomalaisille yrityksille alustan kehittää ja testata kvanttisalaukseen perustuvia palveluita ja tuotteita. Kvanttisalaus on uusi kvanttimekaniikkaan pohjautuva menetelmä, joka mahdollistaa turvallisen tiedonsiirron kvanttitietokoneiden aikakaudella. Tulevaisuudessa kansallinen kvanttisalausverkko yhdistetään koko EU:n kattavaan verkkoon. VTT:n vetämässä projektissa ovat mukana Suomen Erillisverkot Oy, Cinia Oy ja CSC - Tieteen tietotekniikan keskus.   

Kyberturvallisuus on oleellista yhteiskuntamme toimivuuden takaamiseksi maailmassa, jossa kaikki tärkeä infrastruktuuri on riippuvainen toimivasta ja turvallisesta tiedonsiirrosta. Uhkia luovat niin valtiolliset toimijat, rikollisjärjestöt kuin yksittäiset toimijat. 

Vuoden alussa käynnistyneen EU:n EuroQCI-aloitteen tavoitteena on rakentaa koko unionin kattava kvanttisalausverkko kuluvan vuosikymmenen loppuun mennessä. Aloitteella halutaan suojella eurooppalaisia kriittisiä infrastruktuureja kuten hallinnollisia toimintoja, datakeskuksia, sairaaloita ja energiaverkkoja. Nyt alkavassa ensimmäisessä vaiheessa tavoitteena on rakentaa jokaiseen EU-maahan kansalliset koeverkot ja luoda tätä kautta tarvittava osaaminen operatiivisten verkkojen rakentamiseksi.
 
”Kvanttisalaus on uutta teknologiaa, jossa tieto lähetetään pienimpinä mahdollisina osina – kvantteina – joita ei pystytä kopioimaan. Myös niiden puuttuminen havaitaan heti, mikä paljastaisi mahdollisen murtoyrityksen. Kvanttisalaustestiverkon rakentaminen Suomeen mahdollistaa kyberturvainfrastruktuurin vahvistamisen osana koko EU:n kattavaa järjestelmää”, kertoo NaQCI.fi -projektin vetäjä, erikoistutkija Kari Seppänen VTT:ltä. 

Suomessa koeverkon rakentamisesta vastaavat VTT ja CSC ja se toteutetaan valmiiden kaupallisten laitteiden avulla. Julkisen koeverkon lisäksi projektissa rakennetaan koeverkko viranomaisten käyttöön. Sen toteutuksesta vastaavat Cinia ja Suomen Erillisverkot Oy. Koeverkot valmistuvat vuoden 2024 alkupuoliskolla. EU:n laajuisen verkon arvioidaan olevan käytössä vuosikymmenen loppuun mennessä.

”Kvanttisalauksen liittäminen moderneihin tietoverkkopalveluihin lisääntyy tulevaisuudessa. Cinia näkee tärkeänä olla mukana kehittämässä ja tarjoamassa sellaisia huipputurvallisia tietoverkkopalveluita, joita yhteiskunnan kriittisimmät toimijat tulevaisuudessa tarvitsevat”, kertoo liiketoiminnan kehitysjohtaja Pertti Hyvärinen Ciniasta.

”Suomen Erillisverkot Oy haluaa toimia aktiivisesti suomalaisen yhteiskunnan turvaamisessa myös tulevaisuuden kyberturvallisuuden uhkia vastaan. On hienoa olla mukana tässä VTT:n vetämässä yhteisprojektissa”, toteaa toimitusjohtaja Timo Lehtimäki.

Julkisen koeverkon lisäksi VTT rakentaa avoimen kvanttisalauksen kokeilujärjestelmän. Sen avulla voidaan kehittää ja kokeilla uusia komponentteja, kvanttisalausmenetelmiä ja tietoturva-analyyseja. Kokeilujärjestelmän avulla voidaan myös kehittää kvanttisalaustestiverkkojen ohjelmistoja sekä kouluttaa uusia osaajia kvanttisalauksen periaatteisiin. Järjestelmä rakennetaan yksittäisistä komponenteista ja VTT:llä kehitettävistä ohjelmistoista.     

 

Kvanttisalaus perustuu yksittäisiin fotoneihin

Kvanttilaskenta on luomassa uudenlaista uhkaa salausmekanismeille, koska se mahdollistaa tehokkaat hyökkäykset useita klassisen laskennan kannalta murtovarmoina pidettyjä salausmekanismeja vastaan. Kvanttisalaus tarjoaa näihin ongelmiin ratkaisun – kvanttimekaniikkaan pohjautuvan salausavainten vaihdon, jota on periaatteessa mahdoton murtaa.

"Meidän on vaihdettava nykyiset menetelmät siirtää digitaalista tietoa erityisesti arkaluontoisen datan käsittelyn osalta. Hankkeessa CSC pilotoi kvanttiturvallista tapaa yhdistää loppukäyttäjiä esimerkiksi sairaaloista, biopankeista ja yliopistoista sensitiivisen datan palveluihimme", toteaa CSC:n kvanttiteknologiapäällikkö Mikael Johansson.

Kvanttisalauksessa salausavainten vaihto perustuu yksittäisten fotonien välittämiseen lähettäjän ja vastaanottajan välillä. Koska välitettävä avaintieto on koodattu näihin yksittäisiin fotoneihin, mahdollinen salakuuntelu pystytään havaitsemaan tarkkailemalla avaintenvälityksessä tapahtuvia virheitä. Näin voidaan varmistua, etteivät tällä menetelmällä välitetyt avaimet ole päässeet siirron aikana vaarantumaan. Avaimia voidaan käyttää nykyisten salausalgoritmien kanssa, mutta vieläkin korkeampi turvallisuustaso saavutetaan yhdistämällä kvanttiavainjakelu ja kvanttiturvalliset salausmekanismit (Post-Quantum Cryptography, PQC), joiden kehityksessä Suomi on eturintamassa. Äärimmäistä turvallisuutta vaadittaessa voidaan luoda kertakäyttöisiä avaimia.  


Tavoitteina liittyminen EU-verkkoon ja tietoisuuden lisääminen työpajojen avulla

Hanke on osa kokonaisuutta, jossa EU-maihin pystytetään kansalliset kvanttisalausverkot. Tavoitteena on, että seuraavassa vaiheessa verkot yhdistetään rajat ylittävillä linkeillä. Tätä tarkoitusta varten selvitetään olemassa olevien maiden välisten kuituyhteyksien saatavuutta ja suunnitellaan alustavasti koejärjestelyjä. Lisäksi selvitetään, kuinka satelliittipohjainen kvanttisalausjärjestelmä soveltuu Suomen oloihin. Tässä keskitytään erityisesti satelliittien näkyvyyteen ja optisen signaalin havaittavuuteen liittyviin mahdollisiin ongelmiin. Lisäksi selvitetään kvanttisalauksen avaintenhallintajärjestelmien ja kvanttisalaustestiverkkojen ohjaus- ja hallintamekanismien yhteensovittamista tarvittavien rajapintojen avulla sekä tähän liittyviä tietoturva- ja vastuuhaasteita.   

Hankkeen tavoitteena on myös kasvattaa tietoisuutta kvanttisalausmenetelmien sovelluskohteista sekä kouluttaa lisää aihepiiriin perehtyneitä tutkijoita ja teknisiä asiantuntijoita seminaarien ja työpajojen avulla. Koulutuksissa hyödynnetään julkista koeverkkoa ja kokeilujärjestelmää. Tulevaisuuden osaajien määrää pyritään kasvattamaan yhteistyössä kotimaisten oppilaitosten kanssa.  

Lisätietoa projektista: https://www.naqci.fi/

Lisätietoa:  

Kari Seppänen, erikoistutkija, VTT 
kari.seppanen@vtt.fi, puh. 040 700 6887 

Pertti Hyvärinen, liiketoiminnan kehitysjohtaja, Cinia Oy
pertti.hyvarinen@cinia.fi, puh. 0400 377 359

Timo Lehtimäki, toimitusjohtaja, Erillisverkot Oy
timo.lehtimaki@erillisverkot.fi, puh. 050 514 8286

Mikael Johansson, kvanttiteknologiapäällikkö, CSC
mikael.johansson@csc.fi, puh. 040 752 6291