کامپیوترهای کوانتومی آبستن تهدید بزرگ امنیت

 درهم‌شکسته‌شدن سازوکارهای امنیتی فعلی به‌وسیله‌ی کامپیوترهای کوانتومی تا یک دهه‌ی آینده، به بزرگ‌ترین مشکل جهان در حوزه‌ی فناوری اطلاعات تبدیل شده است.

برخی کارشناسان آمریکایی معتقدند استقرار رمزنگاری کوانتومی حداقل بیست سال زمان می‌برد. تأمین امنیت در همه‌ی حوزه‌ها به کارکرد رمزنگاری متکی است؛ از پردازش تراکنش‌های بانکی گرفته تا سازوکارهای حفظ داده‌های حساس، نظیر پایگاه‌های داده‌ی نرم‌افزارهای مرتبط‌با سلامتی. در گزارشی که آکادمی ملی علوم پایه و مهندسی و پزشکی ایالات متحده‌ی آمریکا منتشر کرده، لزوم آمادگی هرچه‌سریع‌تر بشر برای مواجهه با حملات سهمگین کامپیوترهای کوانتومی مطرح شده که می‌توانند سازوکارهای دفاعی رمزنگاری فعلی را درهم بشکنند.

کارشناسانی که این گزارش را ارائه کرده‌اند، بر این باورند فراگیرشدن و استقرار گسترده‌ی مکانیزم رمزنگاری که دربرابر حملات کوانتومی مقاوم باشد، فرایندی بسیار زمان‌بر و دشوار خواهد بود و زودتر از بیست سال آینده به آن دست نخواهیم یافت. باوجوداین، ظهور نسل کامپیوترهای کوانتومی زودتر رخ خواهد داد و اگر دراختیار هکرها و مهاجمان قرار بگیرد، نتیجه‌ی آن کابوسی برای حوزه‌ی امنیت و حریم خصوصی خواهد بود.

اینکه قوی‌ترین اَبَرکامپیوترها هم برای رمزگشایی و شکستن الگوریتم‌های رمزنگاری محافظ داده‌ها و شبکه‌ها و سایر سامانه‌های دیحیتالی به صرف زمانی فراتر از حد تصور نیاز دارند، حقیقتی است که امروزه سازوکارهای دفاع سایبری بسیار به آن متکی هستند. بااین‌حال، کامپیوترهایی که از فناوری بیت‌های کوانتومی یا کیوبیت (Qubits) بهره‌ می‌برند، چنان از منظر قدرت پردازش جهش یافته‌اند که می‌توانند بهترین مصداق‌های رمزنگاری را ازبین ببرند.

مسئله‌ی اصلی
در این گزارش، برای نمونه‌ای از رمزنگاری به فرایند جابه‌جایی کلیدهای دیجیتالی شناسایی بین دو طرف گفت‌وگو اشاره شده است؛ دو طرفی که از آن برای رمزگشایی پیام‌های امن استفاده می‌کنند. کامپیوتر کوانتومی پرقدرت می‌تواند الگوریتم RSA-1024 را که یکی از الگوریتم‌های محبوب برای ایمن‌سازی چنین فرایندهایی است، در کمتر یک روز بشکند و رمزگشایی کند.

به‌عقیده‌ی کارشناسان این حوزه، یک دهه تا دراختیار گرفتن چنین کامپیوترهایی فاصله داریم. این کامپیوترها به بیش از هزار مدار کیوبیتی نیاز دارند. ساختار کوانتومی این کیوبیت‌ها چنان شکننده و سست است که با تغییرات دما و حتی لرزش آرام ممکن است آسیب ببیند. بنابراین، هزاران واحد از این مدارهای کیوبیتی باهم باید تجمیع شوند تا مدار پایدار و مستحکمی برای محاسبات شکل بگیرد.

ویلیام اولیور (Wiliam Oliver)، استاد فیزیک دانشگاه MIT و یکی از اعضای تیم نگارنده این سند، خاطرنشان کرده سازمان‌های دولتی و کسب‌وکارهایی نظیر بانک‌ها اغلب نیاز دارند داده‌هایشان را حتی برای چند دهه نگه‌داری کنند. بنابراین، باید اکنون دیگر نگران تهدیدهایی باشند که سازوکارهای رمزنگاری فعلی درمعرض آن خواهند بود.

اسکات توتزکی (Scott Totzke)، مدیرعامل یکی از استارتاپ‌های فعال در توسعه‌ی راهکارهای رمزنگاری کوانتومی به‌نام Isara، از بُعد کارکردی دیگر این فناوری می‌گوید:

طبیعتا این فناوری بسیار مدنظر شرکت‌های خودروسازی خواهد بود؛ شرکت‌هایی که نگران خطرهای ترتیب‌داده‌شده بر نرم‌افزارهای به‌کاررفته در خودروهایی هستند که قرار است سال‌ها در جاده‌ها تردد کنند.

استانداردسازی
درحقیقت Isara بخشی از برنامه‌ی عملیاتی بزرگ‌تر در جامعه‌ی رمزنگاری محسوب می‌شود که رسالت آن خلق روش‌ها و سازوکارهای رمزنگاری جدیدی است که دربرابر کامپیوترهای کوانتومی مقاوم باشند. در این سند، تعداد زیادی از این روش‌ها به‌صورت خلاصه آمده و مؤسسه‌ی ملی استاندارد و فناوری ایالات متحده‌ی آمریکا هم مشغول تدوین ضوابط و استانداردهای الگوریتم‌های رمزنگاری مرتبط‌با این روش‌ها است.

بزرگ‌ترین مشکل پیش‌ رو در این حوزه، فراگیرشدن این الگوریتم‌ها است. به‌عقیده‌ی کارشناسان این آکادمی، فرایندهای تدوین استانداردها و متقاعدکردن تولیدکنندگان تجهیزات به پیروی از آن‌ها و درنهایت، ارتقای سخت‌افزارها و نرم‌افزارهای شرکت‌ها و سازمان‌ها سال‌ها به‌طول می‌انجامد. داده‌های قدیمی هم یا باید بازرمز شوند یا اینکه به‌کلی ازبین بروند.

از این منظر، پیش‌بینی تقریبا دقیق، اما ناراحت‌کننده این است که حداقل چند دهه تا اجرا و استقرار رمزنگاری کوانتومی در سطح گسترده فاصله داریم. اگر چنین پیش برود، باید امیدوار باشیم زمان بیشتری هم طول بکشد تا کامپیوتر قدرتمند کوانتومی دراختیار هکر با انگیزه‌های تخریبی قرار بگیرد.