الشبكات الكمية: شبكة آمنة حقًا

على الرغم من أن المزيد من المؤسسات العامة والخاصة تفهم الفرص التي توفرها تكنولوجيا الكم، إلا أن الفضاء وتهديداته المحتملة لا تزال تبدو "في المستقبل" بالنسبة للعديد من ممارسي الشبكات والأمن التقليديين. ولسوء الحظ، فإن انتظار المستقبل لمعالجة هذه المشكلات قد يعرض المؤسسات التجارية والحكومية في الولايات المتحدة لانتهاكات أمنية محتملة كارثية. هجمات كمومية من هذا النوع قد تحدث في المستقبل غير البعيد! ويقدر الخبراء أن التكنولوجيا الكمومية القادرة على كسر خوارزميات التشفير واعتراض الاتصالات ستكون ممكنة في موعد لا يتجاوز عام 2030. 

نقاط الضعف في حلول الأمن السيبراني الحالية

تعتمد المؤسسات العامة والخاصة حاليًا على الخوارزميات غير المتماثلة القائمة على الرياضيات للمصادقة وإنشاء المفاتيح، وهي مكونات حيوية للأمن السيبراني. يعتمد أمان هذه المخططات على افتراض أنه من غير الممكن حسابيًا حتى لأقوى أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية حل بعض المشكلات الرياضية (على سبيل المثال، تحليل أعداد كبيرة أو حساب لوغاريتم منفصل). ستكون أجهزة الكمبيوتر الكمومية قادرة على حل هذه المشكلات بسهولة، وبالتالي بمجرد وصول التكنولوجيا، ستصبح الأنظمة والشبكات والاتصالات والأجهزة والبيانات المؤمنة شفافة.

قد يعتقد المرء أن الأمر سيستغرق سنوات عديدة قبل أن يصبح التهديد الأمني ​​الذي تفرضه القوة الفريدة للحوسبة الكمومية حقيقة واقعة. لا تزال المشكلة قائمة وهي أن هناك معلومات وبيانات يتم تخزينها اليوم والتي يجب أن تظل سرية لفترات طويلة من الوقت، كما أن طرح حلول جديدة يستغرق وقتًا. المعلومات المشفرة الحالية معرضة لتهديد أمني حقيقي ووشيك يُعرف بهجمات "الحصاد الآن، وفك التشفير لاحقًا". تخيل ممثلًا سيئًا يتمكن من الوصول إلى البيانات الخاملة والتي يتم تشفيرها إلى أعلى مستوى باستخدام التكنولوجيا المتاحة اليوم، ويقوم بتخزين هذه البيانات، ثم فك تشفيرها باستخدام أجهزة الكمبيوتر الكمومية في بضع سنوات. ولهذا السبب، يجب على المؤسسات أن تفترض أن جميع المعلومات والاتصالات المشفرة قبل أن تنفذ التدابير المضادة المناسبة (بغض النظر عن حالة الحوسبة الكمومية في ذلك الوقت) غير آمنة.

مراقبة الدول القومية الأخرى

ولسوء الحظ، فإن الولايات المتحدة متأخرة في الاستعداد الكمي. وبسبب التداعيات الأمنية الناجمة عن الحوسبة الكمومية، فإن العديد من البلدان الأخرى بصدد إنشاء شبكات كمومية أو قامت بالفعل بتنفيذها، بما في ذلك تلك التي تستخدم المركبات الجوية بدون طيار والأقمار الصناعية. ,

وفي إظهار ريادة مبكرة وقوية في القدرات الكمومية والبنية التحتية، استثمرت الصين أكثر من 15 مليار دولار أمريكي في التقنيات الكمومية. في عام 2019، كشفت إيران النقاب عن مختبر جديد لتكنولوجيا الكم، وهو الأول من نوعه في غرب آسيا والشرق الأوسط، وهو نفس العام الذي صاغت فيه روسيا خارطة طريق تقنيات الكم وبدأت كوريا الشمالية في تطوير تكنولوجيا الكم لإنشاء رابط قيادة وتحكم آمن للغاية. بين بيونغ يانغ ومواقع إطلاق الصواريخ الرئيسية. في عام 2021، أعلنت روسيا عن تطوير نموذج أولي لحاسوب كمي 4 كيوبت أيون والذي يمكن أن يصبح أساسًا لحاسوب كمي مستقبلي يمكن الوصول إليه عبر السحابة في غضون ثلاث سنوات. في حين أن حكومة الولايات المتحدة قامت مؤخرًا بزيادة الاستثمار في التقنيات الكمومية من خلال قانون CHIPS، إلا أنه لا تزال هناك حاجة لاستخدام هذا التمويل بطريقة مناسبة وسريعة من أجل تحقيق الأمن الكمي وأن تكون رائدة عالميًا عندما يتعلق الأمر بالتقنيات الكمومية. وقد يختلف التمويل الحالي والمخطط له، ولكن الرسالة واضحة: الحكومات في جميع أنحاء العالم تتسابق لتطبيق هذه التكنولوجيا أولا.

معالجة التهديد الكمي

على مدى العقد المقبل، سوف تتطور التكنولوجيا الكمومية بسرعة، وهناك عدد من التدابير المضادة التي يجب أخذها في الاعتبار. في التشفير ما بعد الكمي (PQC)، تتمثل الفكرة الأساسية في استبدال أو زيادة خوارزميات التشفير الكلاسيكية المستخدمة بتلك التي يفترض أنها آمنة كميًا. الميزة الرئيسية لهذه الطريقة هي أنها لا تعتمد على الشبكات الكمومية ويمكن نشرها على الشبكات الكلاسيكية الحالية والإنترنت. ولسوء الحظ، فإن بعض خوارزميات PQC، والتي كانت قيد التطوير لأكثر من خمس سنوات، كان من الممكن اختراقها في أقل من بضع ساعات على جهاز كمبيوتر محمول تقليدي.

يشير توزيع المفاتيح الكمومية (QKD) عادةً إلى بروتوكولات توزيع المفاتيح الكمومية "للإعداد والقياس" التي تعمل على شبكات الكم للإعداد والقياس (شبكات QKD) ويتم تمكينها. هذا الأسلوب له العديد من المزايا. يمكن إثبات أن البروتوكولات نفسها آمنة نظرًا لأن قوانين فيزياء الكم تسمح للطرفين المتصلين بالقدرة على اكتشاف وجود متنصت، كما أن أنظمة QKD متاحة تجاريًا لعدة سنوات من بائعين متعددين. العيب الرئيسي لـ QKD هو أنه يتطلب نشر موارد باهظة الثمن (أجهزة QKD والألياف)، ولكنه يتيح تطبيقًا واحدًا فقط. تحتوي منتجات QKD من الجيل الحالي أيضًا على نقاط ضعف بسبب تنفيذ الأجهزة الخاصة بها. إنهم عرضة لهجمات القنوات الجانبية  والاعتماد على عقد ترحيل غير آمنة لمسافات تزيد عن 150 كيلومترًا.

تعالج شركة Quantum Secure Communications (QSC) أوجه القصور والمخاطر الأمنية لـ QKD. في حين أن أمن QSC يعتمد أيضًا على قوانين فيزياء الكم، فإنه يعتمد على ظاهرة كمومية مختلفة عن QKD. في حين يعتمد QKD على تقنية الإعداد والقياس، يعتمد QSC على التشابك الموزع عالي الجودة. يتم تشغيل بروتوكولات الأمان الكمومية القائمة على التشابك ويتم تمكينها بواسطة الشبكات الكمومية القائمة على التشابك، كما أنها آمنة بشكل مؤكد. وبطبيعة هذه البروتوكولات والشبكات، لا تواجه QSC أي ثغرات أمنية نتيجة لتنفيذ الأجهزة. في حين أن الشبكات القائمة على التشابك سوف تتطلب استخدام بعض التقنيات الناشئة، إلا أنها لا تحتاج إلى أن يتم بناؤها بالكامل من الصفر. تستخدم هذه الشبكات البنية التحتية الكلاسيكية الموجودة، مثل التشغيل عبر الألياف الضوئية. ميزة أخرى والفرق الرئيسي بين QSC مقارنة بـ QKD هو أن QSC يعمل على شبكة عالمية: الحوسبة الكمومية الموزعة والاستشعار الكمي الموزع، من بين التطبيقات الثورية الأخرى، يمكن أن تعمل على نفس البنية التحتية للشبكة الكمومية، مما يوفر قيمة إضافية للمستخدم.

توصية التدابير المضادة

توفر QSC أمانًا إضافيًا وتعدد الاستخدامات مقارنة بالإجراءين المضادين الآخرين ويجب أن تكون جزءًا من أي حل موصى به للمضي قدمًا. ومع ذلك، فإن هذه التدابير المضادة لا يستبعد بعضها البعض. يمكن استخدام الاتصالات الكمية الآمنة والتشفير الكمي معًا بطريقة يحتاج فيها الخصم إلى كسر المخططات من كل منهما من أجل الوصول إلى المعلومات الآمنة.

تحركوا الآن

ورغم أن الكمبيوتر الكمي الكبير بالقدر الكافي لكسر التشفير التقليدي لم يُعلن عنه علناً بعد، فإن الثورة الكمومية تسير على قدم وساق. إن التقدم الذي تم إحرازه في عام 2022 يجعل المستقبل واضحًا: فالأمر لا يتعلق بالوقت الذي ستكسر فيه التكنولوجيا الكمومية بروتوكولاتنا الأمنية الحالية، ولكن كيف يمكننا إعداد أنفسنا بشكل أفضل لمواجهة تحديات التكنولوجيا الكمومية عندما تصل إلى إمكاناتها الكاملة وما بعدها. لقد حان وقت العمل!

مايكل جافني هو رئيس القطاع العام، أليرو كوانتوم، أول شركة للشبكات الكمومية Pure Play. افتتح جافني مؤخرًا وجود شركة Aliro في واشنطن العاصمة لدعم مبادرات الشركة المتوسعة في الحكومة والقطاع العام بعد مسيرة مهنية في الاستخبارات العسكرية وسنوات من تنفيذ الحلول السحابية والأمنية للحكومة.

أليرو كوانتوم هو الراعي الذهبي في المستقبل حدث IQT Quantum Cybersecurity في مدينة نيويورك ، 25-27 أكتوبر 2022. سيناقش المؤسس المشارك مايكل كوبيدو موضوع "الأمن الكمي في الجيش" في 26 أكتوبر^th.