داخل المغرفة الداخلية لتكنولوجيا الكم: نظرة موجزة على الكم في الأمن السيبراني

يعد الأمن السيبراني المحسّن فائدة كبيرة للحوسبة الكمية ، ولكن كيف ستساعد هذه التقنية الجديدة في جعل هذا الأمر حقيقة (PC Adi Goldstein على UnSplash.com)

بينما تقدم أجهزة الكمبيوتر الكمومية الكثير فوائد، مثل الكفاءة وحل المشكلات الأكثر تعقيدًا ، فإن إحدى أكبر الفوائد التي يتطلع إليها الكثيرون هي تعزيز الأمن السيبراني. كما يتوقع الخبراء أن الولايات المتحدة ستنفق حولها بـ10 مليار دولار بشأن الأمن السيبراني بحلول عام 2027 ، ستصبح هذه الصناعة ذات أهمية متزايدة. بسبب الطبيعة المتأصلة ، مثل تراكب or تشابك، يمكن أن توفر الحوسبة الكمومية أمانًا من المستوى التالي ، مما قد يشير إلى تحولات كبيرة لصناعة الحوسبة ككل. يشعر الكثيرون بالقلق أيضًا من أن هذا المستوى التالي من الأمان يمكن أن يوفر مشاكل أكثر من الفوائد ، مما يجعل مناقشة الكم في الأمن السيبراني مناقشة ساخنة إلى حد ما.

عمليات الأمن السيبراني الحالية

 يشير الأمن السيبراني ببساطة إلى حماية المعلومات الحساسة داخل نظام رقمي من التعرض. العديد من أجهزة الكمبيوتر تفعل ذلك بالفعل باستخدام التشفير الممارسات. يعمل التشفير على الخوارزميات ، وهناك نوعان رئيسيان من الخوارزميات في التشفير الكلاسيكي. واحد هو تشفير متماثل، حيث يتم استخدام نفس المفتاح لتشفير البيانات وفك تشفيرها. في المقابل، تشفير غير متماثل يستخدم مفتاحين مختلفين ، مفتاح تشفير (يسمى غالبًا مفتاح عام) ومفتاح فك تشفير (يسمى عادةً مفتاح خاص) لمشاركة البيانات بأمان. نظرًا لأن هذه المفاتيح قد تكون مصنوعة من أرقام عشوائية باستخدام الخوارزميات ، تأمل فرق الحوسبة الكمومية في تطوير الجيل التالي من هذه خوارزميات باستخدام خصائص كمية محددة.

حرب الخوارزميات

بفضل الكم تشابك، يمكن توصيل الكيوبتات (البت الأساسي للحاسوب الكمومي) بطبيعتها. يتيح ذلك التكرار في مشاركة المعلومات ، حيث يمكن إرسال المزيد من الكيوبتات المتشابكة وتقليل كمية المعلومات التي يتم امتصاصها أو تدهورها. بما أن التشابك حالة هشة ، فيمكن كسرها أو تدهورها من خلال التأثير الخارجي. هذا يعني أن الكيوبتات المتشابكة يمكن أن تتحلل أيضًا إذا قرأها مصدر آخر بجانب المرسل أو المستلم ، مما يجعل المعلومات أكثر أمانًا. إلى جانب التشابك ، يمكن تشغيل الخوارزميات الكمومية لإنشاء مفاتيح تشفير أسرع باستخدام مولدات الأرقام العشوائية ، بالإضافة إلى حل رموز فك التشفير بشكل أسرع. تمنح هذه العوامل أجهزة الكمبيوتر الكمومية ميزة كبيرة في الأمن السيبراني. 

يمكن لأجهزة الكمبيوتر الكمومية أيضًا تشغيل خوارزميات متعددة في وقت واحد ، مما يجعلها فعالة في التشفير وفصل الرموز بسرعات قياسية. في حين أن هذه التكنولوجيا يمكن أن يكون لها فوائد للأمن السيبراني ، فإن الكثيرين قلقون أيضًا من أنه إذا كانت أجهزة الكمبيوتر هذه أكثر انتشارًا ، فقد يصبح الإنترنت أقل أمانًا حيث يتم اختراق خوارزميات الأمان القديمة بسهولة بواسطة أجهزة الكمبيوتر الجديدة هذه. واحد من هؤلاء الأفراد وليد رجيبي، مهندس IBM المتميز والمسؤول الفني الأول لأمن البيانات في IBM. كتب الرجيبي مع مؤلفين آخرين مقالاً شاملاً تقرير لشركة IBM حول فوائد ومخاطر الحوسبة الكمية في الأمن السيبراني. وأوضح الرجيبي: "مثل معظم الشركات في الصناعة ، كان تركيزي حتى الآن على معالجة المخاطر التي تشكلها أجهزة الكمبيوتر الكمومية على الأمن السيبراني". "كما تعلمون بالفعل ، ستكون أجهزة الكمبيوتر الكمومية قادرة ، في مرحلة ما في المستقبل ، على كسر بعض خوارزميات التشفير الرئيسية المستخدمة اليوم مثل RSA و Diffie-Hellman وغيرها. لذلك ، تم بذل الكثير من العمل للتوصل إلى خوارزميات بديلة ستكون آمنة حتى ضد هجمات الكيانات الخبيثة باستخدام أجهزة الكمبيوتر الكمومية. " هذا يخلق حربًا مستمرة من الخوارزميات ، حيث يتم كسر الخوارزميات بواسطة كمبيوتر كمي ، ويجب صنع خوارزميات جديدة للحفاظ على الأمان. شركات أخرى مثل كيو سكيور التركيز على الأمن السيبراني بعد الحوسبة الكمومية. وفقًا لـ QuSecure الأخير الويبينارصرح Skip Sanzeri ، الشريك المؤسس ومدير العمليات بالشركة: "يبدو أن التهديد يزداد سوءًا هناك." 

يشعر الكثيرون مثل الرجيبي بالقلق من أن أولئك الذين لديهم أجهزة الكمبيوتر هذه قد يتمتعون بميزة إما في فك تشفير رسائل الآخرين ، أو تشفير رسائلهم الخاصة التي لا يستطيع سوى قلة من الآخرين قراءتها ، لأن أجهزة الكمبيوتر الكمومية تستخدم حاليًا من قبل قلة مختارة فقط. للتغلب على هذه الفترة المحتملة من عدم المساواة ، مثل الشركات كيتس يحاول برنامج Quantum Security جعل هذه التكنولوجيا أكثر سهولة للمستخدمين الآخرين تكنولوجيا الرقائق المتكاملة وبنية مرنة للشبكات. أوضح الرئيس التنفيذي لشركة KETS والشريك المؤسس: "تعمل KETS على تطوير تقنيات أمان كمومية متطورة يمكنها القيام بمهام تشفير محددة بطريقة آمنة يمكن إثباتها". كريس ايرفن. "إلى جانب أقصى درجات الأمان ، نحن رواد في تقديم نهج قائم على الشرائح لهذه الحلول. ما يعنيه هذا للعملاء هو أننا سنكون قادرين على خفض تكاليف هذه الأنظمة على نطاق واسع (حاجز رئيسي) بالإضافة إلى تطوير مجموعة متنوعة من عوامل الشكل المختلفة الأصغر حجمًا والتي يمكن دمجها بسهولة أكبر (حاجز رئيسي آخر) . " قد تساعد مثل هذه الأنظمة في خفض تكلفة هذه التقنية وجعل التشفير الكمي أكثر انتشارًا. 

شبكة ما بعد الكم

بالنسبة لأولئك الذين يتطلعون إلى المستقبل ، بعد حرب الخوارزميات إلى الوقت الذي تكون فيه هذه التكنولوجيا أكثر سهولة ، هناك مشكلات أخرى تنشأ. بشكل أساسي ، حيث يصبح التشفير الكمي هو المستوى التالي من الأمن السيبراني ، ما هو المستوى بعد ذلك؟ نظرًا لأن الأمن السيبراني صناعة تتطور باستمرار (بشكل أساسي بين المتسللين والمطورين) ، فقد تكون التكنولوجيا الكمومية مجرد مرحلة واحدة من التطور ولكنها قد تكون أهم مرحلة ، حيث يتم تحويل صناعة الأمن السيبراني إلى عالم ما بعد الكم.

كينا هيوز-كاسلبيري هي كاتبة في Inside Quantum Technology و Science Communicator في JILA (شراكة بين جامعة كولورادو بولدر و NIST). تشمل إيقاعات كتابتها التكنولوجيا العميقة ، والميتافيرس ، والتكنولوجيا الكمومية.