رمزگذاری با اثبات کوانتومی چیست و چرا هنوز نمی توانید آن را آزمایش کنید؟

شاید در مورد محاسبات کوانتومی شنیده باشید. که می تواند پیامدهای جدی بر روی تکنیک های رمزگذاری داشته باشد. پس چه می توان کرد؟

رمزنگاری به عنوان مطالعه نوشتن و حل کدها تعریف می شود. این بخش مهمی از پروتکل های امنیتی و ارتباطات است، حفظ حریم خصوصی را بهبود می بخشد و اطمینان می دهد که داده ها فقط توسط گیرنده مورد نظر خوانده می شوند.

با این حال، با ظهور رایانه‌های کوانتومی، انتظار می‌رود که روش‌های رمزنگاری مرسوم دیگر قابل اجرا نباشند. در نتیجه، برنامه نویسان و کارشناسان قبلاً روی کلاهی کار کرده اند که از آن به عنوان رمزگذاری ضد کوانتومی یاد می کنند.

بنابراین رمزگذاری ضد کوانتومی چیست؟ و چرا هنوز نمی توانید آن را آزمایش کنید؟

رمزگذاری با اثبات کوانتومی چیست؟

رمزگذاری ضد کوانتومی به سادگی به مجموعه ای از الگوریتم هایی اشاره دارد که حتی با رایانه های کوانتومی قابل هک نیستند. انتظار می رود رمزگذاری ضد کوانتومی احتمالا جایگزین الگوریتم های معمولی شود که بر رمزگذاری کلید عمومی متکی هستند، که معمولاً بر مجموعه ای از دو کلید (یکی برای رمزگذاری و دیگری برای رمزگشایی) متکی است.

در سال 1994، یک ریاضیدان در آزمایشگاه های بل، پیتر شور، مقاله ای نوشت که در مورد کامپیوترهای کوانتومی صحبت می کرد که اساساً کامپیوترهای قدرتمندی بودند که می توانستند محاسبات را بسیار قوی تر از یک کامپیوتر استاندارد انجام دهند. اما در آن زمان، آنها فقط یک احتمال بودند. سریع به جلو تا امروز، و دستگاه های محاسباتی راه طولانی را پیموده اند. در واقع، بسیاری بر این باورند که کامپیوترهای کوانتومی یک دهه یا بیشتر با آن فاصله دارند.

نیازی به گفتن نیست که این موضوع باعث نگرانی جدی می‌شود: اگر رایانه‌های کوانتومی به واقعیت تبدیل شوند، که به نظر می‌رسد به طور فزاینده‌ای محتمل است، روش‌های رمزگذاری مرسوم بی‌فایده می‌شوند. در نتیجه، دانشمندان مدتی است که روی رمزنگاری پس کوانتومی کار می کنند.

توسعه یک استاندارد رمزگذاری با اثبات کوانتومی

موسسه ملی استاندارد و فناوری (NIST) در سال 2016 رقابتی را برای یافتن یک استاندارد رمزگذاری پس کوانتومی که قادر به مقاومت در برابر رایانه کوانتومی باشد، آغاز کرد.

این با سیستم های رمزگذاری مرسوم که عمدتاً بر حل مسائل پیچیده ریاضی متکی هستند متفاوت است. در سال 2022، NIST اعلام کرد که چهار الگوریتم رمزگذاری اصلی را که آنها را «ضد کوانتومی» می‌داند، در فهرست نهایی قرار داده است. این شامل:

• الگوریتم CRYSTALS-Kyber.
• الگوریتم کریستال-دیلیتیوم.
• شاهین.
• SPHINCS+.

الگوریتم CRYSTALS-Kyber برای استفاده به عنوان یک استاندارد رمزگذاری عمومی در حال توسعه است. این الگوریتم به دلیل کلیدهای رمزگذاری کوچکتر آن محبوب است و به هر دو طرف امکان می دهد آنها را به سرعت مبادله کنند. این همچنین به این معنی است که CRYSTALS-Kyber در مقایسه با سایرین فوق العاده سریع است.

سه مورد باقی‌مانده برای امضای دیجیتال انتخاب شده‌اند، ایده‌آل برای امضای اسناد دیجیتال از راه دور یا برای تأیید هویت هر دو طرف در طول تراکنش دیجیتال.

NIST رسماً CRYSTALS-Dilithium را به عنوان اولین انتخاب برای امضای دیجیتال و FALCON را برای امضاهای اساسی تر که Dilithium ممکن است پوشش ندهد توصیه می کند. هر دو به دلیل سرعت معقول شناخته شده اند. هر سه از مسائل ریاضی شبکه ساختار یافته برای رمزگذاری داده ها استفاده می کنند.

چهارمین، SPHINCS+، نسبتاً کندتر از بقیه است، اما از آنجایی که بر مجموعه‌ای از مسائل ریاضی کاملاً متفاوت از سه مورد دیگر متکی است، ضد کوانتومی در نظر گرفته می‌شود. به جای استفاده از شبکه های ساختاریافته، این شبکه به توابع هش متکی است.

اهمیت توسعه رمزنگاری مقاوم در برابر کوانتومی

یکی از بزرگترین نگرانی‌های سازمان‌های بزرگ امروزی این است که وقتی محاسبات کوانتومی به جریان اصلی تبدیل شود، احتمال زیادی وجود دارد که تمام داده‌هایی که در حال حاضر به طور ایمن رمزگذاری شده‌اند در معرض خطر قرار گیرند. بسیاری بر این باورند که محاسبات کوانتومی جهان را به کلی تغییر خواهد داد و رمزنگاری تنها زمینه ای است که احتمالاً به طور عمده تحت تأثیر قرار می گیرد.

به عنوان مثال، اگر امروز اطلاعات حساسی را با استفاده از رمزگذاری معمولی ارسال می کنید، این خطر وجود دارد که اشخاص ثالث مخرب داده های شما را رهگیری و ذخیره کنند. این امر به ویژه در مورد سازمان های دولتی صادق است، جایی که محرمانه بودن اسناد طبقه بندی شده امروز در آینده به همان اندازه مهم خواهد بود.

هنگامی که محاسبات کوانتومی به جریان اصلی تبدیل شود، این خطر واقعی وجود دارد که این اطلاعات حساس رمزگشایی شده و در اختیار عموم قرار گیرد یا برای اهداف باج خواهی استفاده شود، حتی اگر چندین دهه ادامه داشته باشد. این یکی از دلایلی است که دولت‌ها و آژانس‌های امنیتی در مورد توسعه رمزگذاری کوانتومی ایمن در اسرع وقت جدی هستند.

اگر از یک کلید از پیش مشترک با پروتکل IKEv1 استفاده می کنید، اساساً از رمزگذاری استفاده می کنید که در برابر کوانتومی مقاوم است. همچنین بسیاری بر این باورند که AES-256، یک رمزگذاری متداول، در برابر کوانتومی نیز مقاوم است.

با این حال، طبق NIST، چهار رمزگذاری ذکر شده در بالا تنها مواردی هستند که “اثبات کوانتومی” در نظر گرفته می شوند. بسیاری از شرکت ها در حال حاضر رمزگذاری ایمن کوانتومی را در محصولات خود معرفی می کنند. به عنوان مثال، VPN امن کوانتومی Verizon طوری طراحی شده است که بتواند در برابر حملات یک کامپیوتر کوانتومی مقاومت کند.

چرا هنوز نمی توانید رمزگذاری با اثبات کوانتومی را آزمایش کنید؟

در حالی که چندین استاندارد رمزگذاری وجود دارد که ما آنها را ایمن کوانتومی می دانیم، هیچ کدام واقعاً آزمایش نشده اند. و دلیل آن کاملا واضح است: ما هنوز کامپیوترهای کوانتومی نداریم.

با این حال، ما در حال نزدیک‌تر شدن هستیم. نانو محاسبات، چیزی که در یک نقطه غیرممکن تلقی می‌شود، واقعی است و چندین دستگاه مدرن اکنون از ترانزیستورهایی استفاده می‌کنند که کانال‌هایی با طول کمتر از 100 نانومتر دارند.

در واقع، در سال 2019، گوگل گزارشی برجسته در نیچر منتشر کرد و مدعی شد که با Sycamore، رایانه کوانتومی خود، به برتری کوانتومی دست یافته اند. در تیمی به سرپرستی جان مارتینیس، فیزیکدان تجربی، آنها توانستند از رایانه کوانتومی خود برای انجام محاسبات پیچیده استفاده کنند که یک ابر رایانه استاندارد بیش از 100000 سال طول می کشد.

این هنوز دلیلی برای هشدار نیست: آنها فقط با یک مورد خاص به برتری کوانتومی دست یافتند، اما نشان می دهد که محاسبات کوانتومی بسیار واقعی است و آنقدرها هم که بیشتر مردم فکر می کنند دور نیست.

در نتیجه، چون محاسبات کوانتومی واقعاً در دسترس نیست، آزمایش درست آن غیرممکن است. در واقع، برای توضیح اینکه مشکلی که Sycamore حل کرد چقدر خاص بود، تیم در واقع موردی را ارائه کرد که در آن رایانه باید احتمال نتایج مختلف را با استفاده از یک مولد اعداد تصادفی کوانتومی محاسبه می‌کرد.

این بدیهی است که بسیار متفاوت از رمزگذاری های معمولی است که معمولاً معادلات ریاضی را شامل می شود. با این حال، این نشان می دهد که وقتی دانشمندان بتوانند به طور کامل بر آن تسلط پیدا کنند، چقدر می تواند برای بهترین چیز بعدی قدرتمند باشد.

امروز برای رمزگذاری اطلاعات خود قدم بردارید

در حالی که رمزگذاری ضد کوانتومی هنوز مدتی باقی مانده است، اطمینان از اینکه امروز از اقدامات ایمنی مناسب استفاده می کنید ضرری ندارد. برای مثال، اگر از فضای ذخیره‌سازی ابری برای ذخیره فایل‌ها یا داده‌های شخصی استفاده می‌کنید، همیشه مطمئن شوید که از یک ارائه‌دهنده ذخیره‌سازی ابری سرتاسر استفاده می‌کنید.

منبع مقاله