خلال سنوات و ربما اشهر ستتغير الحوسبة التي نعرفها و يعود الفضل بذلك للحوسبة الكمية. تعد هذه التقنية الناشئة تعد بإحداث ثورة في الحوسبة بفضل قدرتها على إجراء عمليات حسابية معقدة بسرعة تكاد تكون مستحيلة بالنسبة للكمبيوتر التقليدي. ستكون الحوسبة الكمومية نقلة إيجابية بالنسبة للعديد من الصناعات ، كالتمويل أو الرعاية الصحية. ومع ذلك ، تشكل هذه التقنية أيضاً تهديداً كبيراً للتشفير ، وهو العمود الفقري للاتصالات الآمنة وتخزين البيانات. في هذه المقالة ، سوف نستكشف مخاطر الحوسبة الكمية على التشفير ، والوضع الراهن للتشفير ، والحلول المحتملة التي يتم تطويرها لمعالجة هذه المشكلة الملحة.
ما هي الحوسبة الكمومية؟
يستخدم هذا النوع من الحوسبة مبادئ ميكانيكا الكم لحل المشكلات المعقدة التي لا تستطيع أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية حلها بكفاءة. في الحوسبة التقليدية ، تُستخدم البتات لتمثيل المعلومات إما على أنها 0 أو 1 ، بينما في الحوسبة الكمومية ، يتم استخدام البتات الكمومية (الكيوبت Qbit ) ، والتي يمكن أن توجد في حالات متعددة في وقت واحد. يتيح ذلك لأجهزة الكمبيوتر الكمومية إجراء عمليات حسابية معينة بشكل أسرع من أجهزة الكمبيوتر التقليدية.
مزايا وتحديات الحوسبة الكمية
رغم المستقبل الواعد للحوسبة الكمومية وتأثير المتوقع على العديد من المجالات ، فإن بناء وصيانة جهاز كمبيوتر كمي يمثل تحدياً كبيراً بسبب هشاشة الكيوبت وقابليتها للتأثر بالضوضاء البيئية. بالإضافة إلى ذلك ، فإن القوة الحاسوبية الهائلة لأجهزة الكمبيوتر الكمومية تشكل أيضاً خطراً على طرق التشفير الحالية.
الحوسبة الكمية – الخطر على التشفير
طرق التشفير الحالية -نقاط الضعف
التشفير المتماثل هو طريقة يتم فيها استخدام مفتاح واحد لتشفير وفك تشفير الرسائل. أما التشفير غير المتماثل فهو طريقة تستخدم مفتاحين مختلفين ، أحدهما للتشفير والآخر لفك التشفير.
طرق التشفير الحالية ، مثل AES و RSA ، عرضة لهجمات القوة الغاشمة Brut force ، حيث يجرب المهاجم جميع مفاتيح التشفير الممكنة حتى يتم العثور على المفتاح الصحيح. كما أنها عرضة لهجمات القناة الجانبية ، حيث يقيس المهاجم الخصائص المادية للنظام لاكتساب المعرفة حول مفتاح التشفير. ومن أهم القنوات الجانبية المعرضة للهجوم: الضوء، الطاقة و الصوت.
كسر التشفير باستخدام الحوسبة الكمية
يمكن لأجهزة الكمبيوتر الكمومية كسر طرق التشفير الحالية ، مثل RSA و Diffie-Hellman ، باستخدام خوارزمية Shor التي تتألف من جزئين: جزء كلاسيكي يقوم بتحويل مشكلة التحليل إلى مشكلة إيجاد الرتبة، وجزء كمي يقوم بحل مشكلة إيجاد الرتبة. وبالتالي يمكن لهذه الخوارزمية أن تحلل أعداداً كبيرة بكفاءة ، وهو أساس أمان العديد من طرق التشفير. بمجرد أن يتمكن الكمبيوتر الكمومي من تحليل الأرقام الكبيرة ، يمكنه بسهولة فك تشفير الرسائل التي كان يُعتقد سابقاً أنها آمنة.
من غير المؤكد حتى الأن متى ستتمكن أجهزة الكمبيوتر الكمومية من كسر التشفير ولكن يمكن أن يكون ذلك في أقرب وقت ممكن يتراوح بين من بضع سنوات وبضعة عقود. يعمل الباحثون باستمرار على تطوير أجهزة كمبيوتر كمومية أكبر وأكثر قوة ، ومع ازدياد استقرار الكيوبتات ، سينخفض الوقت اللازم لإجراء الحسابات الكمومية.
حل محتمل -توزيع مفتاح الكم
توزيع المفاتيح الكمومية (QKD)
يمثل QKD طريقة لتوزيع مفاتيح التشفير بأمان باستخدام مبادئ ميكانيكا الكم حيث يعمل عن طريق إرسال الكيوبتات عبر قناة آمنة ، مثل كابل الألياف الضوئية. ستؤدي أي محاولة لاعتراض أو قياس هذه الكيوبتات إلى تغييرها ، وبالتالي تنبيه كلا الطرفين إلى وجود متنصت محتمل.
مزايا وعيوب توزيع مفتاح الكم
مع أن QKD يوفر حماية ضد التنصت فهي تقنية تتطلب معدات متخصصة ويمكن استخدامها فقط لتوزيع المفاتيح ، وليس لتشفير الرسائل. بالإضافة إلى ذلك ، فإن QKD مقيد حايلاً بالمسافة التي يمكن أن تنتقل بها الإشارات الكمومية ، مما يجعل من الصعب استخدامها للاتصالات بعيدة المدى.
الحوسبة الكمية و الأمن السيبراني
يترك تطوير أجهزة الكمبيوتر الكمومية آثار كبيرة على الأمن والخصوصية. يمكن أن تمكن القدرة على كسر طرق التشفير التقليدية المهاجمين من سرقة المعلومات الحساسة ، وتعريض البنية التحتية الحيوية للخطر ، وشن هجمات على الحكومات والشركات. يمكن أن سيؤدي كسر التشفير إلى تمكين المهاجمين من الوصول إلى البيانات الشخصية والمعلومات المالية وغيرها من المعلومات الحساسة المحمية حالياً عن طريق التشفير مما يرض الأفراد لخطر سرقة الهوية والاحتيال المالي وأنواع أخرى من الجرائم الإلكترونية.
تشفير ما بعد الكم: حقبة جديدة من التشفير
فرض تهديد الحوسبة الكمية لأساليب التشفير الحالية ضرورة تطوير تقنيات تشفير جديدة يمكنها مقاومة الهجمات الكمومية. وقد أدى ذلك إلى تطوير تشفير ما بعد الكم ، وهو عصر جديد من التشفير يهدف إلى توفير الأمان ضد أجهزة الكمبيوتر الكمومية.
و يشير التشفير الما بعد الكمي إلى خوارزميات التشفير المقاومة للهجمات الكمومية. تم تصميم هذه الخوارزميات لتأمين الاتصالات ضد الخصوم الذين يمتلكون أجهزة كمبيوتر كمومية ، قادرة على كسر أنظمة التشفير التقليدية بسهولة. و تستمر الأبحاث في مجال تشفير ما بعد الكم حيث أعلن NIST في تموز 2022 تحديد أربع فائزين في مسابقته التي أطلقها في العام 2016 لتوحيد معايير التشفير ما بعد الكم.
التحديات في تطوير التشفير المقاوم للكم
أحد التحديات الكبيرة في تطوير التشفير المقاوم للكم هو أنه لا يزال مجالاً جديداً لحد ما. كما أن هناك الكثير من الأبحاث التي يجب القيام بها في هذا الخصوص. التحدي الآخر هو أننا لا نعرف حتى الآن مدى قوة أجهزة الكمبيوتر الكمومية وما هي الخوارزميات التي ستكون قادرة على تشغيلها. لذلك ، من الضروري تطوير مخططات تشفير لا تقاوم الخوارزميات الكمومية المعروفة فحسب ، بل تقاوم أيضاً الخوارزميات غير المعروفة.
كلمة أخيرة
أصبحت الحاجة إلى تطوير تشفير مقاوم للكم أكثر أهمية من أي وقت مضى مع استمرار تطور أجهزة الكمبيوتر الكمومية. لمواجهة هذا التحدي يجب على الباحثين والأكاديميين والحكومات العمل معاً لتطوير تقنيات تشفير جديدة يمكنها مقاومة الهجمات الكمومية.
