راه پرداخت
راه پرداخت؛ رسانه فناوری‌های مالی ایران

رایانه کوانتومی چیست؟ / تأثیر محاسبات کوانتومی بر امنیت اینترنت

فکر استراتژیک، بسیاری از بزرگ‌ترین موفقیت‌های بشر را امکان‌پذیر کرده است. اما وقتی‌که محدوده برخی جهش‌ها بیش‌ازحد بزرگ باشد، یا در آینده‌ای بسیار دور، ممکن به نظر برسد، رفتار استراتژیک صحیح و برنامه‌ریزی‌شده، تصمیم‌گیری سازگار و منطبق با چشم‌انداز بلندمدت می‌تواند موفقیت را در آینده امکان‌پذیر سازد.

درحالی‌که به نظر عده بسیاری یک رایانه کوانتومی عملیاتی، فراتر از حد باور است، اما آماده شدن برای وقوع آن دور از ذهن نیست. ما برای آمادگی از تأثیر محاسبات کوانتومی، به برنامه‌ریزی پیشرفته‌تری در فضای مجازی نیاز داریم؛ چراکه بدون برخی تغییرات و تمهیدات، تمامی یکپارچگی و رازداری اینترنت زیر پا گذاشته می‌شود و یک فاجعه اقتصادی و اجتماعی رقم می‌خورد. این دقیقا همان‌جایی است که اقدام استراتژیک می‌تواند خود را نشان دهد.


چرا یک رایانه کوانتومی می‌تواند بالقوه مخرب باشد؟


رایانه‌های کوانتومی می‌توانند بالقوه مخرب باشند، زیرا برای نمایش و محاسبه اطلاعات از روشی کاملاً متفاوت استفاده می‌کنند که سرعت‌های بسیار بالاتری را ممکن می‌سازد و نه‌تنها یک تکامل، بلکه یک انقلاب به‌حساب می‌آید. رایانه‌های کوانتومی در این قرن به‌اندازه کامپیوترها در مقایسه با ماشین‌حساب‌های مکانیکی قرن گذشته انقلابی خواهند بود. اساساً این کامپیوترها با استفاده از قدرت خواص اتمی که در درس فیزیک مطالعه کردیم، ساخته خواهند شد و سرعت آن‌ها می‌تواند تا میلیون‌ها برابر کامپیوترهای فعلی باشد. مبانی امنیت اینترنت ممکن است در درک این پتانسیل مخرب به ما کمک کند.

محرمانه بودن، یکپارچگی و احراز هویت از افراد، ماشین‌ها، نرم‌افزار و داده‌ها، زیربنای تمامی امنیت اینترنت است و در صورت ضعف در اجرا، آن را زیر سؤال می‌برد. رمزنگاری، استفاده از معادلات ریاضی برای محافظت از اطلاعات، پایه و اساس آن را تشکیل می‌دهد:

  • رازداری (به‌عنوان‌مثال: آمیختن داده‌ها برای پردازش محرمانه آن‌ها)
  • یکپارچگی (به‌عنوان‌مثال جلوگیری از تلاش برای تغییر غیرواقعی اطلاعات: ۱۰۰ دلار سپرده به ۱۰،۰۰۰ دلار سپرده)
  • احراز هویت (به‌عنوان‌مثال تأیید هویت شخصی که با او ارتباط برقرار می‌کنید)

چگونه رمزنگاری کار می‌کند؟


یک تشبیه خوب در این مورد،  قفل روی کمدهای مراکز آموزشی است. در این تشبیه، قفل الگوریتم رمزنگاری است و شماره‌های مخفی آن کلید رمزنگاری است.

قفل‌های رمزدار دارای دو عملکرد امنیتی هستند؛قفل‌کردن، مکانیزم ساده‌ای که شمارا ملزم به انجام فشار دیگری برای بستن یا محکم کردن می‌کند، باز کردن قفل، مکانیزم نسبتاً پیچیده‌ای که به اعداد مخفی ارائه‌شده به قفل از طریق حرکت عقربه‌های ساعت یا خلاف جهت عقربه‌های ساعت متکی است.

این همان چیزی است که در رمزنگاری به‌خوبی طراحی و پیاده‌سازی شده است: مکانیزمی برای استفاده آسان از امنیت، با امکان حدس غیرممکن، مگر اینکه کلید باز کردن قفل را داشته باشید.

اما هنگامی‌که یک رایانه کوانتومی عملیاتی تولید شود، می‌تواند احتمالات را با سرعت قابل‌توجهی، سریع‌تر حدس بزند. اگر سعی کرده‌اید یک پیام مخفی رمزنگاری‌شده با ابررایانه‌های امروزی را از طریق حدس زدن کلید رمزنگاری، حتی باکار تیمی بخوانید، می‌دانید که این کار عملی نیست. ریاضیات رمزنگاری نسبت به علوم کامپیوتر برتری بالاتری دارند. تحلیل‌گران رمزنگاری ممکن است سعی کنند از ابررایانه‌های آمیخته با بینش ریاضی استفاده کنند، اما به دست آوردن کلید الگوریتم رمزنگاری با استفاده از این روش برنامه‌سازی، کاملاً غیرعملی است و به همین دلیل رمزنگاری بر پایه و اساس امنیت است.

در دهه‌های گذشته، مهندسان، کامپیوترهایی باقدرت پردازشی بالاتر چه از طریق کوتاه کردن مدت‌زمان لازم برای یک پردازنده جهت ارزیابی هر بیت ممکن یا از طریق افزودن پردازنده‌های متعددی که در زمان‌های مختلف به‌صورت موازی کار کنند، تولید کرده‌اند. ازنظر تئوری، با سرعت کافی و پردازش موازی، رایانه‌هایی باقدرت محاسبه بیشتر تولید می‌شود.

در تئوری، با سرعت کافی و پردازش موازی، می‌توان تمام ترکیبات ممکن قفل (کلید رمزنگاری) را آزمایش کرد. اما در همان روش اول، پیچیدگی‌های تولید، محدودیت عملی ایجاد می‌کند و تکنیک دوم پردازش موازی، نیز به دلیل هزینه پردازنده و نیاز به‌صرفه جویی در مصرف و خنک‌سازی آن‌ها عملاً ناممکن است (هنگام کار سریع و در مجاورت باهم ذوب می‌شوند یا درست عمل نمی‌کنند). بنابراین، رمزنگاری که به‌خوبی طراحی و پیاده‌سازی شده باشد، بر توانایی ابررایانه‌های پردازنده سریع و موازی در حدس زدن هر احتمال برتری دارد.

اما رایانه‌های کوانتومی می‌توانند درآن‌واحد حدس‌های بسیار بیشتری بزنند. گاهی اوقات تا چندین برابر افزایش نمایی قدرت پردازش دارند و حتی بسیار فراتر از رایانه‌های سنتیِ بهبودیافته عمل می‌کنند. به همین دلیل، برای حل کردن انواع مختلفی از مسائل ریاضی پیچیده کاربرد دارند.

بسیاری معتقدند که یک رایانه کوانتومی عملیاتی که هم قابل‌اعتماد باشد و هم تعداد کیوبیت (واحد داده‌های رایانه‌های کوانتومی)های  مفیدی داشته باشد، دست‌کم پنج‌تا ۱۵ سال با ما فاصله دارد و تعداد انگشت‌شماری از کشورها این هدف را دنبال می‌کنند. ولی لازم است که از هم‌اکنون با روش‌های زیر برای آن زمان آمادگی کسب کنیم:

  • چابکی امنیتی را بخشی از آموزه امنیتی عملیاتی خود قرار دهیم. در هنگام خرید امنیت سایبری طی پنج‌تا ده سال آینده، به ارائه‌دهندگان خود بگوییم که چابکی رمزنگاری می‌خواهیم، یعنی توانایی یکپارچه مبادله با استفاده از «الگوریتم‌های رمزنگاری نامتقارن مقاوم در برابر کوانتوم» وقتی در دسترس قرار بگیرند.
  • در صورت دسترسی، مطابق با الگوریتم‌های رمزنگاری مقاومت کوانتومی عمل کنیم. در حالت ایده‌آل، چندین سال قبل از اینکه یک کامپیوتر کوانتومی در دسترس باشد، از یک الگوریتم استاندارد مقاوم در برابر کوانتوم استفاده کنیم، زیرا:

عدم قطعیت: زمان دسترسی رایانه کوانتومی ناشناخته است (پیشرفته‌ترین تحقیقات در مورد آن‌ها طبقه‌بندی‌شده است.)

  • قابلیت تعامل: لازم است یک انتقال بی‌وقفه به این کلاس جدید رمزنگاری انجام شود. زمانی از راه خواهد رسید که چابکی، رمزنگاری توانایی انتخاب ایمن و چابک انواع مختلف رمزنگاری و امکان برقراری ارتباط باکسانی که از رمزنگاری مقاوم در برابر کوانتوم استفاده می‌کنند و کسانی که هنوز این کار را نمی‌کنند امکان‌پذیر است.
  • دارایی‌های داده خود را ثبت کنیم تا بدانیم کدام‌یک از آن‌ها باید دوباره با الگوریتم‌های رمزنگاری مقاومت کوانتومی رمزگذاری شوند. برخی از داده‌ها به‌قدری ارزشمند هستند که از ماندگاری طولانی (ده‌ها سال) برخوردارند و باید از آن‌ها در برابر سوءاستفاده گرانی که می‌توانند اکنون اطلاعات رمزگذاری شده ما را بدزدند و آن‌ها را با رایانه‌های کوانتومی موجود در آینده بشکنند محافظت شود.
  • آگاهی و آموزش به همکاران خود بگوییم که این‌ها در مورد چه چیزهایی هستند و چرا باید به آن‌ها توجه کرد، و این تمایز بین سه موضوع اصلی است: محاسبات کوانتومی (رایانه‌های بسیار سریع‌تر)؛ رمزنگاری مقاوم در برابر کوانتوم (الگوریتم‌هایی که برای آماده شدن برای رایانه‌های نهایی نیاز به توسعه و تصویب دارند)؛ و مبادله کلید کوانتومی (وسیله‌ای برای به اشتراک‌گذاری خصوصی اطلاعات در زمان صلاحدید) لازم است.

رایانه کوانتومی ازنظر سرعت یک انقلاب خواهند بود، به حدی که می‌توانند بنیان امنیت اینترنت را تضعیف کنند. آن‌ها تنها یک کنجکاوی فنی ساده برای شگفت‌زده شدن نیستند، بلکه انقلابی هستند که ما را ملزم می‌کند برای ورود آن‌ها زودتر از موعد برنامه‌ریزی کنیم زیرا آن‌ها می‌توانند امنیت اینترنت ما را زیر سؤال ببرند. برای اطمینان از اینکه برای دوره ورود رایانه‌های کوانتومی آماده هستیم، باید از هم‌اکنون استراتژی‌های امنیت سایبری چابک و یکپارچه ازجمله رمزنگاری چابک را در دستور کار قرار دهیم.

منبع شاکیلید World Economic Forum
نویسنده / مترجم فیل کواد فروغ مروّج صالحی
ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.