Versi asli dari artikel ini muncul di Quanta Magazine.
Masalah yang rumit biasanya bukanlah pemandangan yang disukai. Namun, para kriptografer justru menyukainya. Hal ini disebabkan karena masalah matematika yang sulit tertentu menjadi fondasi keamanan enkripsi modern. Trik cerdas apapun untuk memecahkannya akan menghancurkan sebagian besar bentuk kriptografi.
Beberapa tahun lalu, para peneliti menemukan pendekatan yang sangat baru terhadap enkripsi yang tidak memiliki celah kelemahan potensial ini. Pendekatan ini memanfaatkan fitur-fitur khas dari fisika kuantum. Namun, berbeda dari skema enkripsi kuantum sebelumnya yang hanya bekerja untuk beberapa tugas khusus, pendekatan baru ini dapat mencapai cakupan tugas yang jauh lebih luas. Dan ia dapat bekerja bahkan jika semua masalah inti dari kriptografi “klasik” biasa ternyata mudah dipecahkan.
Namun, temuan menakjubkan ini bergantung pada asumsi-asumsi yang tidak realistis. Hasilnya “lebih ke sebuah bukti konsep,” ujar Fermi Ma, seorang peneliti kriptografi di Simons Institute for the Theory of Computing di Berkeley, California. “Ini bukanlah pernyataan tentang dunia nyata.”
Kini, sebuah makalah baru oleh dua kriptografer telah merintis jalan menuju kriptografi kuantum tanpa asumsi-asumsi yang mustahil tersebut. “Makalah ini mengatakan bahwa jika konjektur-konjektur lain tertentu benar, maka kriptografi kuantum harus ada,” kata Ma.
Istana di Angkasa
Anda dapat membayangkan kriptografi modern sebagai sebuah menara dengan tiga bagian esensial. Bagian pertama adalah batuan dasar jauh di bawah menara, yang terbuat dari masalah-masalah matematika yang sulit. Menara itu sendiri adalah bagian kedua—di sana Anda dapat menemukan protokol kriptografi spesifik yang memungkinkan Anda mengirim pesan pribadi, menandatangani dokumen digital, memberikan suara rahasia, dan lain-lain.
Di antaranya, mengamankan aplikasi sehari-hari itu ke batuan dasar matematika, adalah sebuah fondasi yang terbuat dari blok-blok bangunan bernama fungsi satu-arah (one-way functions). Mereka bertanggung jawab atas asimetri yang melekat dalam skema enkripsi apapun. “Ini disebut satu-arah karena Anda bisa mengenkripsi pesan, tetapi Anda tidak bisa mendekripsinya,” jelas Mark Zhandry, seorang kriptografer di NTT Research.
Pada tahun 1980-an, para peneliti membuktikan bahwa kriptografi yang dibangun di atas fungsi satu-arah akan menjamin keamanan untuk berbagai tugas yang berbeda. Namun, beberapa dekade kemudian, mereka masih belum yakin apakah batuan dasarnya cukup kuat untuk menopangnya. Masalahnya adalah batuan dasar tersebut terbuat dari masalah-masalah sulit khusus—yang secara teknis dikenal sebagai masalah NP—yang fitur penentunya adalah mudah untuk memeriksa apakah suatu calon solusi itu benar. (Misalnya, memfaktorkan sebuah bilangan menjadi faktor primanya adalah masalah NP: sulit dilakukan untuk bilangan besar, tetapi mudah untuk diperiksa.)
Banyak dari masalah ini tampaknya secara intrinsik sulit, tetapi para ilmuwan komputer belum mampu membuktikannya. Jika seseorang menemukan algoritma yang sangat cerdik untuk memecahkan masalah-masalah NP tersulit dengan cepat, batuan dasar itu akan hancur, dan seluruh menara akan roboh.
Sayangnya, Anda tidak bisa begitu saja memindahkan menara Anda ke tempat lain. Fondasi menara—fungsi satu-arah—hanya dapat diletakkan di atas batuan dasar masalah-masalah NP.
Untuk membangun menara di atas masalah yang lebih sulit, para kriptografer memerlukan fondasi baru yang tidak terbuat dari fungsi satu-arah. Itu tampak mustahil sampai hanya beberapa tahun yang lalu, ketika para peneliti menyadari bahwa fisika kuantum dapat membantu.