مسابقه برای حفظ اسرار از انقلاب محاسبات کوانتومی

منتشر‌شده در telegraph به تاریخ ۱۲ مارس ۲۰۲۱
لینک منبع : Inside the race to keep secrets safe from the quantum computing revolutions

الگوریتم‌هایی که پیام‌های محرمانه و امن اسرار دولتی را از دهه ۱۹۷۰ تا‌کنون خصوصی نگه داشته‌اند، در حال از بین رفتن هستند. متخصصان امنیتی بر سر اینکه این کار چقدر طول خواهد کشید اختلاف‌نظر دارند - برخی می‌گویند در عرض پنج سال و برخی دیگر یک دهه. اما همه آن‌ها متقاعد شده‌اند که فقط چند سال طول می‌کشد تا این اتفاق بیفتد.

رمزنگاری نه توسط گروهی از هکرهای ماهر و یا از طریق جاسوسی صنعتی، بلکه از طریق پیشرفت در محاسبات کوانتومی شکسته خواهد شد، که به دولت‌ها اجازه می‌دهد تا محاسباتی را انجام دهند که می‌تواند ریاضیات پیچیده‌ای را که حریم خصوصی ما را برای دهه‌ها حفظ کرده است را از بین ببرد.

کامپیوترهای کلاسیک بر روی ذراتی از داده‌ها تکیه می‌کنند که باید یکی از آن‌ها یک یا صفر باشند. با این حال، کامپیوترهای کوانتومی از بیت‌های کوانتومی معروف به «کیوبیت» استفاده می‌کنند که می‌توانند یک صفر، یک یا هر دو مقدار را به طور همزمان نشان دهند. هر چه کیوبیت‌ها در یک کامپیوتر کوانتومی بیشتر مورد استفاده قرار گیرند، تعداد محاسبات که به طور همزمان انجام می‌شوند بیشتر خواهد بود و آن‌ها را تا ۳ متر سریع‌تر از حتی قوی‌ترین ابرکامپیوترهای کلاسیک می‌کند.

تهدید در حال ظهور منجر به یک رقابت بین‌المللی برای توسعه روش‌های جدید رمزنگاری شده است که به راحتی توسط کامپیوترهای کوانتومی شکسته نمی‌شود، با این امید که دولت‌ها استفاده گسترده خود را قبل از اینکه کشورهای خارجی شروع به وارد شدن به مکاتبات خصوصی کنند، تشویق کنند.

رابرت هنیگان، رئیس سابق سازمان اطلاعاتی GCHQ که اکنون رئیس تجارت امنیت سایبری بلوویانت است، می‌گوید: «هر چه زمان بیشتری این کار را ترک کنیم، داده‌های فعلی به طور بالقوه در معرض خطر بیشتری قرار دارند.» او ادامه می‌دهد: «کسانی که مسئول حفاظت از داده‌ها هستند باید در حال حاضر در مورد آنچه که برای حفاظت در برابر رمزگشایی آینده و چگونگی حرکت به سمت رمزنگاری امن کوانتومی نیاز دارند فکر کنند.»

مسابقه توسعه رمزنگاری امن کوانتومی ممکن است به خوبی شناخته شده نباشد، اما بسیار مهم است. بدون یک سیستم جدید رمزنگاری، اسرار دولت‌ها و شهروندان آن‌ها در اینترنت منتشر خواهد شد.

ممکن است علاقمند به مطاله مقالهیک قدم نزدیک‌تر به کامپیوترهای کوانتومی نوری با تراشه فوتونی باشید.

محاسبات کوانتومی چیست؟

اگر از واتساپ و یا هر برنامه پیام‌رسانی دیگری استفاده می‌کنید، به رمزنگاری کلید عمومی وابسته است. دکتر علی الکاظفرانی، مدیر اجرایی PQShihd، راه‌اندازی رمزنگاری امن کوانتومی که در سال ۲۰۱۸ از دانشگاه آکسفورد شروع به کار کرد، می‌گوید: «به طور موثر توسط یک ماشین کوانتومی شکسته می‌شود.»

صدها ریاضی‌دان مانند آل کاوفانی در یک رقابت جهانی برای اختراع الگوریتم های رمزگذاری جدید شرکت می‌کنند که به راحتی با کامپیوترهای کوانتومی قابل شکافتن نیستند. این کار در حال انجام است زیرا بخش‌های وسیعی از اینترنت هنوز به RSA وابسته هستند، الگوریتمی که در سال ۱۹۷۷ رونمایی شد (اگرچه GCHQ سال‌ها قبل آن را اختراع کرده و آن را مخفی نگه داشته بود).

با ضرب کردن دو عدد اول با هم، پیام‌ها را اسکرمبل می‌کند. برای شکستن پیام، یک کامپیوتر باید اعداد اول اصلی ضرب شده در کنار هم را تشخیص دهد، فرایندی که به عنوان عامل سازی شناخته می‌شود. به عنوان مثال، فاکتورگیری یک عدد مانند ۲۱ آسان است، اما تجزیه رمزنگاری که در آن اعداد هزاران رقم طول دارند، با استفاده از یک کامپیوتر کلاسیک حدود ۳۰۰ تریلیون سال طول می‌کشد. با این حال، یک کامپیوتر کوانتومی در حال کار می‌تواند محاسبات متعددی را به طور همزمان انجام دهد و آن را تا ۱۰۰ میلیون بار سریع‌تر از یک کامپیوتر کلاسیک کند. Hannigan می‌گوید: «کامپیوترهای کوانتومی این قول را دادند که در عرض چند ساعت قادر به انجام همین فرآیند باشند.»

دولت‌ها و بانک‌ها سال‌ها است که نگران این موضوع هستند که کشوری مانند چین بتواند ظرف چند سال یک کامپیوتر کوانتومی در حال کار را توسعه دهد. این تهدید است که منجر به رقابت کنونی برای توسعه سیستم‌های رمزنگاری جدید شده‌ است که با کامپیوترهای کوانتومی قابل شکستن نیستند.

مارکوس پفلیچ، مدیر اجرایی رمزگذاری سوئیس، ترا کوانتومی که ماه گذشته ادعا کرد راهی برای شکستن الگوریتم رمزگذاری AES به طور گسترده مورد استفاده با استفاده از کامپیوترهای کوانتومی کشف کرده‌است، می‌گوید: «با استفاده از کامپیوترهای کوانتومی، هک کردن تقریبا هر روش رمزگذاری کلاسیک ممکن خواهد شد.»

در‌حالی‌که دولت‌های سراسر جهان میلیاردها پوند سرمایه برای توسعه کامپیوترهای کوانتومی سرمایه‌گذاری کرده‌اند، سرمایه نسبتا کمی به شرکت‌های نوپا داده شده‌است تا اسرار ما را از آن‌ها حفظ کنند. اندرسن چنگ، مدیر اجرایی پست-کوانتومی، یک استارت‌آپ بریتانیایی که بر روی رمزنگاری کار می‌کند که به راحتی توسط کامپیوترهای کوانتومی قابل شکستن نیست، می‌گوید: «ما در حال چرخش و گشتن در دایره‌ها هستیم تا‌کنون به نقطه‌ای رسیده‌ام که تسلیم شده‌ام.»

او می‌گوید: «کل این تجربه ناامید کننده بوده است.» چنگ، که پیش از این مدیر یکی از کسب‌و‌کارهایی بود که تجهیزات رمزنگاری بسیار طبقه‌بندی‌شده را بهGCHQ می‌فروخت، می‌گوید که برای تامین بودجه از سوی سازمان‌هایی از جمله مرکز امنیت سایبری ملی(NCSC) تلاش کرده‌است.

محاسبات کوانتومی | کاربردهای آن چیست؟

او می‌گوید: «ما برخی کارها را با NCSC انجام داده‌ایم اما آن‌ها بودجه کافی برای تامین مالی این نوع توسعه را ندارند.» ترس او این است که بریتانیا بتواند استعداد رمزنگاری را به کشورهای دیگر مانند کانادا و فرانسه که بودجه دولتی بیشتری را به این حوزه اختصاص داده‌اند، تجربه کند. در ماه ژانویه، دولت فرانسه اعلام کرد که ۱۵۰میلیون یورو (۱۳۰ میلیون پوند) بودجه لازم برای رمزنگاری امن کوانتومی را به عنوان بخشی از یک کمک بزرگ ۱ / ۸ میلیارد دلاری برای محاسبات کوانتومی تامین می‌کند.

افراد داخلی که با سرویس‌های امنیتی در ارتباط هستند می‌گویند که دولت به جای تکیه‌بر استارتآپ‌ها، کار محرمانه خود را بر روی رمزنگاری امن کوانتومی انجام می‌دهد. دکتر ایان لوی، مدیر فنیNCSC می‌گوید که این سازمان «به هم‌کاری نزدیک با صنعت، دانشگاه و شرکای بین‌المللی» در این زمینه ادامه می‌دهد. او اضافه می‌کند: «NCSC متعهد به حصول اطمینان از این است که انگلستان به خوبی برای رمزنگاری ایمن کوانتومی آماده شده‌است.»

با این حال، تهدید رمزگذاری شکستن محاسبات کوانتومی را می‌توان در عرض چند ماه حل کرد. بسیاری از سازمان‌ها، از جمله پچلد و پست-کوانتوم، در یک رقابت جهانی شرکت کرده‌اند که توسط موسسه ملی استانداردها و فن‌آوری آمریکا (NIST) اداره می‌شود. این رقابت که در سال ۲۰۱۶ اعلام شد، رو به اتمام است. اوایل سال آینده، NIST استاندارد جدید برای رمزگذاری ایمن کوانتومی را که اساسا جایگزین RSA می‌شود، اعلام خواهد کرد. چنگ می‌گوید: «جهان را نه برای دهه آینده، بلکه برای ۴۰یا ۵۰ سال آینده تغییر خواهد داد.»

اگر همه چیز به آرامی پیش برود، طی چند سال، رمزنگاری امن اسرار به آرامی کنار گذاشته خواهد شد تا کامپیوترهای کوانتومی نتوانند به راحتی پیام‌ها را رمزگشایی کنند. من فکر می‌کنم پاسخ به این تهدید باید برای کاربران شفاف باشد. آن‌ها باید اساسا همان تجربه‌ای را داشته باشند که امروز دارند. آلن وودوارد، کارشناس امنیت کامپیوتر و استاد مدعو در دانشگاه سوری می‌گوید: «آن‌ها نباید تجهیزات جدیدی نصب کنند.»

اما در حالی که رقابت NIST به پایان خود نزدیک می‌شود، یک طرح رقیب وجود دارد که از قبل در سراسر جهان آغاز شده است. کسب‌و‌کارهای مخابرات مانند BT میلیون‌ها پوند صرف ایجاد شبکه‌های تخصصی کرده‌اند که از سیستمی به نام توزیع کلید کوانتومی استفاده می‌کنند. این روش از یک جریان از عکس‌های تکی برای انتقال کلیدهای رمزنگاری سری مورد استفاده برای رمزگشایی امن داده‌ها استفاده می‌کند.

به جای یک الگوریتم رمزگذاری جدید، این طرح متکی بر کیلومتر کابل‌های فیبر نوری برای انتقال کلیدها است و گزینه مورد علاقه فیزیک‌دانانی است که تکیه‌بر فوتون‌ها را به جای ریاضیات ترجیح می‌دهند.

مطالعه مقاله چگونه رایانش کوانتومی می‌تواند آینده را تغییر دهد؟ توصیه می‌شود.

محاسبات کوانتومی | بازیگران کلیدی

در ماه اکتبر، BT یک شبکه امن ۶ کیلومتری بین مرکز کمپوزیت ملی و مرکز مدل‌سازی و شبیه‌سازی در بریستول اعلام کرد. این یک شروع در مقیاس کوچک است اما این فن‌آوری می‌تواند شبکه‌های امن را ببیند که تا ۱۲۰ کیلومتر کابل کشیده شده‌اند. جای تعجب نیست که افراد حاضر در اردوگاه رمزگذاری طرفدار این رویکرد مبتنی بر فیبر نیستند. وودوارد می‌گوید: «همه خانه‌ها فیبر ندارند و اینکه بر روی تلفن همراه شما چه اتفاقی می‌افتد.»

در پشت دره‌ای بسته، گروه‌های رقیب بحث‌هایی را در مورد روش‌های خود برای دفع تهدید محاسبات کوانتومی برگزار کرده‌اند. ادعای BT مبنی بر این که سیستم آن «اساسا غیرقابل توصیف» است، منجر به تمسخر رمزنگاران شده است. وودوارد می‌گوید: «گفتن اینکه کاملا ایمن است، بیش از حد تعریف را تحت فشار قرار می‌دهد.»

این احتمال وجود دارد که ظرف پنج سال، هر دو رویکرد برای حفظ امنیت داده‌ها به کار گرفته شوند. تهدید شکسته شدن رمزنگاری توسط کامپیوترهای کوانتومی واقعی است، اما اگر همه چیز برنامه‌ریزی شود، نباید هیچ مشکلی ایجاد کند. آل کاوفانی می‌گوید: «هیچ جادویی در مورد کامپیوترهای کوانتومی وجود ندارد.» یک کامپیوتر کوانتومی جادو نمی‌کند. او نمی‌تواند هر مشکلی که ما داریم را حل کند.

مقامات ارشد در سازمان‌های اطلاعاتی به دقت توسعه کامپیوترهای کوانتومی در سراسر جهان را زیر نظر دارند، اما آن‌ها حداقل می‌توانند در مجموعه رمز‌نگاران و شرکت‌های نوپا در سراسر جهان که برای حفظ اسرار ما برای چند دهه آینده تلاش می‌کنند، احساس راحتی کنند.

این متن با استفاده از ربات مترجم مقاله کوانتوم ترجمه شده و به صورت محدود مورد بازبینی انسانی قرار گرفته است.در نتیجه می‌تواند دارای برخی اشکالات ترجمه باشد.

مقالات لینک‌شده در این متن می‌توانند به صورت رایگان با استفاده از مقاله‌خوان ترجمیار به فارسی مطالعه شوند.