Sut i Ddiogelu Eich Cyfrifiadur ar gyfer y Dyfodol: Beth Yw Amddiffyniad Cwantwm?

Gyda dyfodiad cyfrifiadura cwantwm, yr ydym o'r blaen un o'r heriau mwyaf i ddiogelwch gwybodaeth yn holl hanesOs oedd defnyddio algorithmau oedd yn amhosibl eu dehongli gan ddefnyddio cyfrifiadura traddodiadol yn ddigon o'r blaen, mae'r sefyllfa wedi newid yn radical nawr. amddiffyniad cwantwm Mae'n dod i'r amlwg fel tarian newydd sy'n gallu diogelu ein data, trafodion a chyfathrebiadau rhag uwchgyfrifiaduron cwantwm a allai wneud systemau clasurol yn ddiwerth.

Yn yr erthygl hon, byddwch yn darganfod beth yw amddiffyniad cwantwm, pam ei bod hi'n hanfodol ei ddeall heddiw, a sut y bydd yn effeithio ar y ffordd y cedwir gwybodaeth yn ddiogel i unigolion, busnesau a sefydliadau cyhoeddus fel ei gilydd.

Beth yw cysgodi cwantwm a pham mae'n bwysig?

La amddiffyniad cwantwm, a elwir hefyd yn ddiogelwch cwantwm, yn cwmpasu'r set o dechnolegau a strategaethau sydd wedi'u hanelu at Cynnal cyfrinachedd, uniondeb ac argaeledd gwybodaeth mewn byd lle mae cyfrifiaduron cwantwm yn bodoli.

Rhaid ei gwneud yn glir nad yw'r perygl yn ddamcaniaethol: mae cyfrifiadura cwantwm yn datblygu ar gyflymder syfrdanol a, phan fydd yn cyrraedd aeddfedrwydd masnachol, bydd wedi capasiti cyfrifiadurol mor fawr fel y bydd yn gallu torri'r prif algorithmau cryptograffig sydd heddiw yn defnyddio'r Rhyngrwyd, cwmnïau, Gwladwriaethau a hyd yn oed y DNI electronig.

Mae hyn yn golygu y bydd dulliau amgryptio traddodiadol, ni waeth pa mor bwerus ydynt, yn agored i niwed. Dyna pam y amddiffyniad cwantwm Mae'n sefydlu ei hun fel y meincnod newydd, gan ddefnyddio egwyddorion ffiseg cwantwm i wella diogelwch data a datblygu algorithmau sy'n gallu gwrthsefyll ymosodiadau gan uwchgyfrifiaduron cwantwm.

Nid yn y math o algorithmau y mae'n eu defnyddio yn unig y mae'r allweddi i amddiffyniad cwantwm, ond hefyd yn y ffordd y mae'r allweddi i amgryptio a dadgryptio gwybodaeth yn cael eu dosbarthu a'u rheoli.Mae'r dulliau mwyaf datblygedig yn cyfuno cryptograffeg cwantwm (yn seiliedig ar ffiseg cwantwm ei hun) a chryptograffeg ôl-gwantwm (algorithmau a gynlluniwyd i wrthsefyll hyd yn oed gyfrifiaduron cwantwm pwerus iawn).

Pa fygythiadau mae cyfrifiadura cwantwm yn eu peri i ddiogelwch digidol?

I ddeall pam rydyn ni'n siarad cymaint am amddiffyniad cwantwm, rhaid i chi ddeall yn gyntaf Sut mae cyfrifiadura cwantwm yn bygwth diogelwch fel y gwyddom ni amdanoNid yw cyfrifiaduron cwantwm, yn wahanol i rai traddodiadol, yn gweithio gyda bitiau a all fod yn 0 neu 1 yn unig, ond gyda qubits a all fod yn y ddau gyflwr ar yr un pryd (diolch i uwchosodiad cwantwm).

Mae'r nodwedd hon yn gwneud rhai gweithrediadau mathemategol, a oedd yn amhosibl o'r blaen neu a oedd angen cannoedd o flynyddoedd gyda chyfrifiaduron clasurol, yn ymarferol mewn munudau neu oriau. Enghraifft goncrid yw'r Algorithm Shor, a fyddai’n caniatáu i gyfrifiadur cwantwm ddadelfennu rhifau mawr iawn yn ffactorau cysefin bron yn syth, gan ddirymu diogelwch systemau fel RSA o ECC (cryptograffeg cromlin eliptig).

Mae canlyniadau'r datblygiad technolegol hwn yn enfawr:

• Risg i allweddi cyhoeddus a phreifatByddai systemau amgryptio cyfredol, fel y rhai sy'n amddiffyn banciau ac e-bost, yn agored i niwed.
• Colli cyfrinacheddGallai data sy'n cael ei ddiogelu heddiw gael ei ddatgelu yfory os bydd rhywun yn ei storio gan aros i gael digon o bŵer cwantwm i'w gracio ("storio nawr, dadgryptio yn ddiweddarach").
• Ymosodiadau seiber mwy soffistigedigBydd gan seiberdroseddwyr a gwladwriaethau offer newydd i ymosod ar seilwaith hanfodol.

Erthygl gysylltiedig:

Pryder llwyr: Bitcoin yn dioddef yr ymosodiad cwantwm cyntaf mewn hanes

Egwyddorion a hanfodion cryptograffeg cwantwm

Wrth wraidd amddiffyniad cwantwm mae'r cryptograffeg cwantwm, nad yw'n seiliedig ar dybio bod problem fathemategol yn anodd, ond ar ddefnyddio deddfau mecaneg cwantwm yn uniongyrchol. Mae sawl egwyddor sylfaenol ar waith, sy'n cynnig diogelwch na ellir ei dorri'n ddamcaniaethol:

• GorgyffwrddGall gronynnau fel ffotonau fod mewn sawl cyflwr ar yr un pryd (0 ac 1 ar yr un pryd).
• Ymglymiad cwantwmGall dau ronyn sydd wedi'u cydblethu newid eu cyflwr ar unwaith unwaith y bydd y llall wedi'i fesur, waeth beth fo'r pellter rhyngddynt.
• Egwyddor ansicrwydd HeisenbergMae'n amhosibl mesur system cwantwm heb ei tharfu; mae unrhyw ymgais i wrando ar allwedd cwantwm yn gadael ôl a gellir ei ganfod.

Mae'r egwyddorion ffisegol hyn yn caniatáu adeiladu cynlluniau trosglwyddo allweddol lle mae unrhyw ryng-gipiad yn ganfyddadwy ar unwaith. Y cymhwysiad mwyaf cyffredin yw dosbarthiad allweddi cwantwm (QKD), sef colofn fawr cryptograffeg cwantwm gyfredol.

Sut mae dosbarthiad allweddi cwantwm (QKD) yn gweithio?

La QKD Mae'n ddull chwyldroadol o greu a rhannu allwedd gyfrinachol rhwng dau barti (e.e. Alice a Bob) gan ddefnyddio ffotonau wedi'u polareiddioDim ond y derbynnydd all ddarllen yr allwedd yn gywir, gan fod unrhyw ymgais i ryng-gipio yn newid cyflyrau cwantwm y ffotonau, gan ddatgelu'r ymyrraeth.

Y protocol QKD cyntaf a gydnabyddir yn eang yw'r BB84, a ddatblygwyd ym 1984 gan Charles Bennett a Gilles Brassard. Mae'n gweithio fel hyn:

1. Mae Alice yn anfon ffotonau wedi'u polareiddio (gall pob un gynrychioli 0 neu 1, yn dibynnu ar ei gyfeiriadedd) at Bob trwy sianel optegol ddiogel, fel arfer ffibr optig.
2. Mae Bob yn mesur y ffotonau gyda hidlwyr ar hap, ac yna mae'r ddau yn cymharu (trwy sianel gyhoeddus) y cyfeiriadau a ddefnyddir.
3. Dim ond y bitiau (gwerthoedd) sy'n cyfateb i'r achosion lle defnyddiodd y ddau'r un cyfeiriadedd maen nhw'n eu cadw; dyma graidd yr allwedd gyfrinachol a rennir.

Arloesedd pwysig arall yw'r protocol E91, gan Artur Ekert, sy'n seiliedig ar gymhlethdod cwantwm i gryfhau diogelwch ymhellach yn erbyn unrhyw fath o ysbïo.

Manteision ac anfanteision amddiffyniad cwantwm o'i gymharu â chryptograffeg glasurol

La cryptograffeg cwantwm Mae'n cynnig cyfres o fanteision nodedig dros ddulliau traddodiadol:

• Diogelwch diamod: yn seiliedig ar gyfreithiau ffiseg, nid ar dybiaethau mathemategol.
• Canfod rhyng-gipioMae unrhyw ymgais i ysbïo yn anochel yn weladwy oherwydd newid y cwbitau.
• Gwrthwynebiad i gyfrifiadura cwantwmNi all cyfrifiaduron cwantwm dorri dulliau cwantwm cyfredol, yn wahanol i gryptograffeg glasurol.

Mae ei anfanteision yn cynnwys:

• Pellteroedd cyfyngedigMae ffotonau'n diraddio mewn ceblau optegol pellter hir, er bod lloerennau ac ailadroddwyr yn datblygu'n gyflym.
• Cost uchelMae gweithredu systemau QKD yn gofyn am fuddsoddiad mewn offer arbenigol a seilwaith sy'n dal i ddatblygu.
• heriau ymarferolGall diogelwch damcaniaethol gynnwys gwendidau mewn dyfeisiau a ffurfweddiadau go iawn.

Mathau a phrotocolau o fewn amddiffyniad cwantwm

Mae'r maes yn cynnwys amrywiol ddulliau, pob un yn canolbwyntio ar wahanol agweddau ar gyfathrebu a storio:

• Dosbarthiad Allwedd Cwantwm (QKD): i gyfnewid allweddi cyfrinachol yn ddiogel.
• Darnau arian cwantwm: technegau arbrofol ar gyfer consensws a dilysu rhwng partïon di-ymddiried.
• Llofnodau digidol cwantwm: i wirio dilysrwydd negeseuon a thrafodion.
• Protocolau ychwanegolTrosglwyddo Anhwylder Cwantwm, systemau seiliedig ar safle ac arbrofion uwch eraill mewn cryptoleg.

Achosion defnydd a chymwysiadau ymarferol amddiffyniad cwantwm

Ceisiadau y amddiffyniad cwantwm Maent eisoes yn realiti mewn sawl sector, cyhoeddus a phreifat:

• Llywodraethau ac amddiffyn: diogelu gwybodaeth gyfrinachol a systemau hanfodol.
• Cyllid a bancio: trosglwyddo data cyfrinachol a thrafodion sensitif yn ddiogel.
• Seilweithiau hanfodol: rhwydweithiau trydanol, iechyd a thelathrebu na allant fforddio gollyngiadau gwybodaeth.
• Rhwydweithiau cyfathrebu cwantwm: prosiectau fel y lloeren Tsieineaidd Micius a rhwydweithiau yn Ewrop ac America.
• Diogelwch etholiadProfi mewn etholiadau trefol yn y Swistir i sicrhau tryloywder a dibynadwyedd.

Mae'r enghreifftiau hyn yn dangos bod Mae cryptograffeg cwantwm eisoes yn realiti sy'n ehangu ac nid dim ond addewid yn y dyfodol.Mae cwmnïau a llywodraethau'n buddsoddi yn y dechnoleg hon i sicrhau bod asedau digidol hanfodol yn cael eu diogelu.

Heriau technegol a rhwystrau i amddiffyniad cwantwm

Mae mabwysiadu eang yn wynebu rhwystrau fel:

• Materion cwmpasMae sylw systemau QKD trwy ffibr optegol yn dal yn gyfyngedig, er bod lloerennau ac ailadroddwyr yn gwella'r sefyllfa hon.
• RhyngweithrededdMae integreiddio technolegau cwantwm newydd â systemau presennol yn gofyn am newidiadau cymhleth a chydweithio rhyngwladol.
• Costau elevadosMae offer arbenigol yn dal i gynrychioli buddsoddiad sylweddol i lawer o sefydliadau.
• Datblygu caledweddMae dyfeisiau cwantwm angen cywirdeb a sefydlogrwydd uchel, ac maent yn dal i fod yn y cyfnod datblygu.
• Rheoliadau sy'n esblyguMae safonau a phrotocolau yn dal i gael eu datblygu, ac nid yw rheoleiddio byd-eang wedi'i ddiffinio'n llawn eto.

Y newid i amddiffyniad cwantwm: sut i baratoi

La addasiad i ddiogelwch cwantwm Mae eisoes wedi dechrau mewn sectorau hanfodol a chwmnïau blaenllaw fel IBM, Google, ac Apple. Argymhellir dilyn y camau hyn:

• Gwerthuso risgiau cwantwmNodwch pa ddata a systemau sydd angen eu diogelu yn y tymor hir.
• Rhestrwch y seilwaith cryptograffigDadansoddwch pa brotocolau cyfredol sydd angen eu diweddaru i wrthsefyll ymosodiadau cwantwm.
• Gweithredu algorithmau ôl-gwantwm: mudo'n raddol tuag at atebion sy'n gallu gwrthsefyll ymosodiadau yn y dyfodol.
• Hyfforddiant mewn technolegau cwantwm: hyfforddi personél technegol a strategol ar gyfer trosglwyddiad effeithlon.
• Optimeiddio atebion hybrid: defnyddio cyfuniadau o gryptograffeg glasurol a chwantwm yn ystod y cyfnod pontio.

Mae'n hanfodol gweithredu'n gynnar, oherwydd pan fydd cyfrifiaduron cwantwm yn peri bygythiad gwirioneddol, bydd mudo yn llawer mwy cymhleth a chostus.

Prif ddatblygiadau a safonau amddiffyn cwantwm

Mae'r dyfodol yn gorwedd mewn creu safonau cadarn a meithrin cydweithio rhyngwladol, gyda sefydliadau fel y NISTMae cynnydd pwysig wedi'i wneud, megis:

• Dewis a phrofi algorithmau ôl-gwantwm a allai ddod yn orfodol i ddiogelu gwybodaeth hanfodol.
• Mae datblygu Seilweithiau masnachol QKD mewn rhwydweithiau arbrofol ac mewn amgylcheddau go iawn.
• Mentrau fel y Fforwm Ariannol Diogel Quantum (QSFF), mewn cydweithrediad â banciau a sefydliadau ariannol i wella diogelwch.
• Ymrwymiad cwmnïau telathrebu, gwasanaethau cwmwl, a rhwydweithiau seilwaith hanfodol.

Dyfodol amddiffyniad cwantwm a seiberddiogelwch

Mae datblygiadau mewn cyfrifiadura cwantwm yn cynrychioli cyfle i ailddiffinio diogelwch digidol, nid dim ond her. Mae'r camau nesaf, gyda chydweithrediad rhyngwladol ar arbrofion, safonau a defnydd, yn dod â chyfnod yn agosach lle bydd cryptograffeg mor ddiogel â'r deddfau ffisegol sy'n ei sail.

La amddiffyniad cwantwm Mae'n dod i'r amlwg fel elfen allweddol wrth ddiogelu ein data, ein cyfathrebu a'n hasedau digidol mewn oes lle mae ffiseg a mathemateg yn gweithio law yn llaw i adeiladu amgylchedd mwy diogel.

Daniel Terrace

Roedd golygydd yn arbenigo mewn technoleg a materion rhyngrwyd gyda mwy na deng mlynedd o brofiad mewn gwahanol gyfryngau digidol. Rwyf wedi gweithio fel golygydd a chrëwr cynnwys ar gyfer cwmnïau e-fasnach, cyfathrebu, marchnata ar-lein a hysbysebu. Rwyf hefyd wedi ysgrifennu ar wefannau economeg, cyllid a sectorau eraill. Fy ngwaith hefyd yw fy angerdd. Nawr, trwy fy erthyglau yn Tecnobits, Rwy'n ceisio archwilio'r holl newyddion a chyfleoedd newydd y mae byd technoleg yn eu cynnig i ni bob dydd i wella ein bywydau.