Inside Quantum Technology Inside Scoop: نگاهی کوتاه به کوانتوم در امنیت سایبری

امنیت سایبری پیشرفته یک مزیت بزرگ برای محاسبات کوانتومی است، اما چگونه این فناوری جدید به تحقق این امر کمک خواهد کرد (PC Adi Goldstein در UnSplash.com)

در حالی که کامپیوترهای کوانتومی بسیاری را ارائه می دهند فواید، مانند کارایی و حل مشکلات پیچیده تر، یکی از بزرگترین مزایایی که بسیاری منتظر آن هستند، ارتقاء امنیت سایبری است. همانطور که کارشناسان پیش بینی می کنند که ایالات متحده هزینه خواهد کرد 10 میلیارد دلار در مورد امنیت سایبری تا سال 2027، این صنعت به طور فزاینده ای مرتبط خواهد شد. به دلیل ماهیت های ذاتی، مانند برهم نهی or در هم تنیدگیمحاسبات کوانتومی می تواند امنیت سطح بعدی را فراهم کند، که می تواند تغییرات بزرگی را برای صنعت محاسبات به طور کلی نشان دهد. بسیاری همچنین نگران هستند که این امنیت سطح بعدی بتواند مشکلات بیشتری را نسبت به منافع ایجاد کند و بحث کوانتومی در امنیت سایبری را تبدیل به یک بحث نسبتاً داغ کند.

فرآیندهای فعلی امنیت سایبری

 امنیت سایبری به سادگی به آن اشاره دارد حفاظت اطلاعات حساس در یک سیستم دیجیتال از قرار گرفتن در معرض. بسیاری از رایانه ها در حال حاضر این کار را با استفاده از آن انجام می دهند رمزگذاری تمرینات رمزگذاری بر روی الگوریتم ها اجرا می شود و دو نوع الگوریتم اصلی در رمزگذاری کلاسیک وجود دارد. یکی است رمزگذاری متقارن، که در آن از یک کلید برای رمزگذاری و رمزگشایی داده ها استفاده می شود. متقابلا، رمزگذاری نامتقارن از دو کلید مختلف، یک کلید رمزگذاری (که اغلب به آن کلید عمومی گفته می شود) و یک کلید رمزگشایی (معمولاً کلید خصوصی نامیده می شود) برای به اشتراک گذاری ایمن داده ها استفاده می کند. از آنجایی که این کلیدها ممکن است از اعداد تصادفی با استفاده از الگوریتم‌ها ساخته شوند، تیم‌های محاسبات کوانتومی امیدوارند نسل بعدی این کلیدها را توسعه دهند. الگوریتم با استفاده از خواص کوانتومی خاص

جنگ الگوریتم ها

به لطف کوانتوم در هم تنیدگی، کیوبیت ها (بیت هسته یک کامپیوتر کوانتومی) می توانند ذاتاً متصل شوند. این اجازه می دهد تا افزونگی در اشتراک گذاری اطلاعات وجود داشته باشد، زیرا کیوبیت های درهم تنیده بیشتری می توانند ارسال شوند و مقدار اطلاعاتی که جذب یا تخریب می شوند را کاهش دهند. از آنجایی که درهم تنیدگی حالتی شکننده است، می‌تواند توسط نفوذ بیرونی شکسته یا تخریب شود. این بدان معناست که کیوبیت‌های درهم‌تنیده نیز می‌توانند در صورتی که منبع دیگری آن‌ها را بجز فرستنده یا گیرنده بخواند، تخریب شوند و اطلاعات را ایمن‌تر کنند. علاوه بر درهم تنیدگی، الگوریتم‌های کوانتومی می‌توانند برای ایجاد کلیدهای رمزگذاری سریع‌تر با استفاده از مولدهای اعداد تصادفی و همچنین حل سریع‌تر کدهای رمزگشایی اجرا شوند. این عوامل به رایانه های کوانتومی مزیت قابل توجهی در امنیت سایبری می دهد. 

کامپیوترهای کوانتومی همچنین می توانند چندین الگوریتم را در یک زمان اجرا کنند و آنها را در رمزگذاری و رمزشکنی با سرعت رکورد کارآمد می کند. در حالی که این فناوری می‌تواند مزایایی برای امنیت سایبری داشته باشد، بسیاری نیز نگران هستند که اگر این رایانه‌ها گسترده‌تر شوند، اینترنت ممکن است از امنیت کمتری برخوردار شود زیرا الگوریتم‌های امنیتی قدیمی‌تر به راحتی توسط این رایانه‌های جدید شکسته می‌شوند. یکی از این افراد است ولید رجیبی، مهندس ممتاز IBM و مدیر ارشد فنی برای امنیت داده ها در IBM. رجائی به همراه دو نویسنده دیگر مطالبی مبسوط نوشتند گزارش برای IBM در مورد مزایا و خطرات محاسبات کوانتومی در امنیت سایبری. رجیبی توضیح داد: «مانند بسیاری از موارد در این صنعت، تمرکز من تاکنون روی پرداختن به خطراتی بوده است که رایانه‌های کوانتومی برای امنیت سایبری ایجاد می‌کنند. همانطور که قبلاً می‌دانید، رایانه‌های کوانتومی در آینده قادر خواهند بود برخی از الگوریتم‌های رمزنگاری کلیدی مورد استفاده امروز مانند RSA، Diffie-Hellman و غیره را بشکنند. بنابراین، کار زیادی برای ارائه الگوریتم‌های جایگزین انجام شده است که حتی در برابر حملات موجودات مخرب با استفاده از رایانه‌های کوانتومی ایمن خواهند بود.» این یک جنگ دائمی از الگوریتم ها ایجاد می کند، زیرا الگوریتم ها توسط یک کامپیوتر کوانتومی شکسته می شوند و باید الگوریتم های جدیدی برای حفظ امنیت ایجاد شود. شرکت های دیگر مانند QuSecure تمرکز بر امنیت سایبری محاسبات پس کوانتومی بر اساس QuSecure اخیر وبیناراسکیپ سانزری، یکی از بنیانگذاران و مدیر عامل شرکت، اظهار داشت: "به نظر می رسد که تهدید در آنجا بدتر می شود." 

بسیاری مانند رجیبی نگران هستند که کسانی که این رایانه ها را دارند ممکن است در رمزگشایی پیام های دیگران یا رمزگذاری پیام های خود که تعداد کمی از دیگران می توانند آن را بخوانند مزیتی داشته باشند، زیرا رایانه های کوانتومی در حال حاضر تنها توسط تعداد کمی از آنها استفاده می شود. برای غلبه بر این دوره احتمالی نابرابری، شرکت ها دوست دارند KETS کوانتوم سکیوریتی در تلاش است تا این فناوری را برای دیگرانی که از آن استفاده می‌کنند در دسترس قرار دهند فناوری تراشه یکپارچه و معماری انعطاف پذیر برای شبکه ها. مدیر عامل و یکی از بنیانگذاران KETS توضیح داد: «KETS در حال توسعه فناوری‌های امنیتی کوانتومی پیشرفته است که می‌تواند وظایف رمزنگاری خاص را به روشی کاملاً ایمن انجام دهد. کریس ارون. علاوه بر امنیت، ما پیشگامان ارائه یک رویکرد مبتنی بر تراشه برای این راه حل ها هستیم. معنای این امر برای مشتریان این است که ما قادر خواهیم بود هزینه‌های این سیستم‌ها را در مقیاس کاهش دهیم (یک مانع کلیدی) و همچنین انواع فاکتورهای شکلی مختلف را توسعه دهیم که کوچک‌تر هستند و بسیار راحت‌تر یکپارچه می‌شوند (یک مانع کلیدی دیگر) " سیستم‌هایی مانند این ممکن است به کاهش هزینه این فناوری کمک کنند و رمزگذاری کوانتومی را گسترده‌تر کنند. 

یک شبکه پس کوانتومی

برای کسانی که به آینده می نگرند، از جنگ الگوریتم ها گذشته تا زمانی که این فناوری در دسترس تر است، مسائل دیگری وجود دارد که به وجود می آیند. به طور عمده، با تبدیل شدن رمزگذاری کوانتومی به سطح بعدی امنیت سایبری، سطح فراتر از آن چیست؟ از آنجایی که امنیت سایبری صنعتی است که به طور مداوم در حال تحول است (عمدتاً بین هکرها و توسعه دهندگان)، فناوری کوانتومی ممکن است تنها یک مرحله از تکامل باشد، اما ممکن است مهم ترین مرحله باشد و صنعت امنیت سایبری را به دنیای پسا کوانتومی تغییر دهد.

کنا هیوز-کستلبری نویسنده کارکنان Inside Quantum Technology و ارتباط دهنده علوم در JILA (شرکتی بین دانشگاه کلرادو بولدر و NIST) است. ضربات نویسندگی او شامل فناوری عمیق، متاورس و فناوری کوانتومی است.