چگونه کامپیوتر خود را برای آینده مقاوم کنیم: محافظت کوانتومی چیست؟

Con la llegada de la computación cuántica, nos encontramos ante یکی از بزرگترین چالش‌های امنیت اطلاعات در تمام طول تاریخاگر پیش از این استفاده از الگوریتم‌هایی که رمزگشایی آنها با استفاده از محاسبات سنتی غیرممکن بود، کافی بود، اکنون اوضاع به طور اساسی تغییر کرده است. protección cuántica این به عنوان یک سپر جدید ظاهر می‌شود که قادر به محافظت از داده‌ها، تراکنش‌ها و ارتباطات ما در برابر ابررایانه‌های کوانتومی است که می‌توانند سیستم‌های کلاسیک را بی‌فایده کنند.

در این مقاله، شما متوجه خواهید شد که حفاظت کوانتومی چیست، چرا درک آن امروزه بسیار مهم است و چگونه بر نحوه ایمن‌سازی اطلاعات برای افراد، مشاغل و سازمان‌های عمومی تأثیر خواهد گذاشت.

سپر کوانتومی چیست و چرا مهم است؟

La protección cuánticaکه با نام امنیت کوانتومی نیز شناخته می‌شود، مجموعه‌ای از فناوری‌ها و استراتژی‌ها را در بر می‌گیرد که با هدف حفظ محرمانگی، یکپارچگی و در دسترس بودن اطلاعات در جهانی که رایانه‌های کوانتومی وجود دارند.

باید روشن شود که این خطر فرضی نیست: محاسبات کوانتومی با سرعت سرسام‌آوری در حال پیشرفت است و وقتی به بلوغ تجاری برسد،... چنان ظرفیت محاسباتی بزرگی که قادر خواهد بود شکستن الگوریتم‌های رمزنگاری اصلی که امروزه از اینترنت، شرکت‌ها، ایالت‌ها و حتی DNI الکترونیکی استفاده می‌کنند.

این بدان معناست که روش‌های رمزگذاری سنتی، هر چقدر هم که قدرتمند باشند، آسیب‌پذیر خواهند بود. به همین دلیل است که protección cuántica این فناوری خود را به عنوان معیار جدید معرفی می‌کند و با استفاده از اصول فیزیک کوانتومی، امنیت داده‌ها را بهبود می‌بخشد و الگوریتم‌هایی را توسعه می‌دهد که در برابر حملات ابررایانه‌های کوانتومی مقاوم هستند.

کلیدهای حفاظت کوانتومی نه تنها در نوع الگوریتم‌های مورد استفاده، بلکه در نحوه توزیع و مدیریت کلیدهای رمزگذاری و رمزگشایی اطلاعات نیز نهفته است.پیشرفته‌ترین رویکردها، رمزنگاری کوانتومی (مبتنی بر خود فیزیک کوانتومی) و رمزنگاری پساکوانتومی (الگوریتم‌هایی که برای مقاومت در برابر رایانه‌های کوانتومی بسیار قدرتمند طراحی شده‌اند) را ترکیب می‌کنند.

محاسبات کوانتومی چه تهدیدهایی برای امنیت دیجیتال ایجاد می‌کند؟

برای اینکه بفهمید چرا اینقدر درباره حفاظت کوانتومی صحبت می‌کنیم، ابتدا باید بفهمید چگونه محاسبات کوانتومی، امنیتی را که می‌شناسیم تهدید می‌کندکامپیوترهای کوانتومی، برخلاف کامپیوترهای سنتی، با بیت‌هایی که فقط می‌توانند ۰ یا ۱ باشند کار نمی‌کنند، بلکه با qubits که می‌تواند همزمان در هر دو حالت باشد (به لطف برهم‌نهی کوانتومی).

این ویژگی باعث می‌شود عملیات ریاضی خاصی که قبلاً با کامپیوترهای کلاسیک غیرممکن یا صدها سال طول می‌کشید، در عرض چند دقیقه یا چند ساعت امکان‌پذیر شود. یک مثال ملموس این است algoritmo de Shorکه به یک کامپیوتر کوانتومی اجازه می‌دهد اعداد بسیار بزرگ را تقریباً فوراً به عوامل اول تجزیه کند، و در نتیجه امنیت سیستم‌هایی مانند ... را از بین ببرد. RSA o ECC (رمزنگاری منحنی بیضوی).

پیامدهای این پیشرفت تکنولوژیکی بسیار زیاد است:

• ریسک کلیدهای عمومی و خصوصیسیستم‌های رمزگذاری فعلی، مانند آن‌هایی که از بانک‌ها و ایمیل‌ها محافظت می‌کنند، آسیب‌پذیر خواهند بود.
• از دست دادن محرمانگیاگر کسی داده‌هایی را که امروز محافظت می‌شوند، ذخیره کند و منتظر قدرت کوانتومی کافی برای شکستن رمز آنها باشد (حمله «الان ذخیره کن، بعداً رمزگشایی کن»)، ممکن است فردا افشا شوند.
• حملات سایبری پیچیده‌ترمجرمان سایبری و دولت‌ها ابزارهای جدیدی برای حمله به زیرساخت‌های حیاتی خواهند داشت.

اصول و مبانی رمزنگاری کوانتومی

در قلب حفاظت کوانتومی، ... قرار دارد. criptografía cuánticaکه مبتنی بر فرض دشوار بودن یک مسئله ریاضی نیست، بلکه مبتنی بر به کارگیری مستقیم قوانین مکانیک کوانتومی است. چندین اصل اساسی در این زمینه وجود دارد که از نظر تئوری امنیتی غیرقابل نفوذ ارائه می‌دهند:

• Superposiciónذراتی مانند فوتون‌ها می‌توانند همزمان در چندین حالت باشند (0 و 1 به طور همزمان).
• Entrelazamiento cuánticoدو ذره‌ی درهم‌تنیده می‌توانند بلافاصله پس از اندازه‌گیری حالت دیگری، صرف نظر از فاصله‌ی بین آنها، حالت خود را تغییر دهند.
• Principio de incertidumbre de Heisenbergاندازه‌گیری یک سیستم کوانتومی بدون ایجاد اختلال در آن غیرممکن است؛ هرگونه تلاشی برای استراق سمع یک کلید کوانتومی، ردی از خود به جا می‌گذارد و قابل شناسایی است.

این اصول فیزیکی امکان ساخت طرح‌های انتقال کلید را فراهم می‌کنند که در آن‌ها هرگونه رهگیری بلافاصله قابل تشخیص است. گسترده‌ترین کاربرد ... توزیع کلید کوانتومی (QKD)که ستون بزرگ رمزنگاری کوانتومی فعلی است.

توزیع کلید کوانتومی (QKD) چگونه کار می‌کند؟

La QKD این یک روش انقلابی برای ایجاد و به اشتراک گذاری یک کلید مخفی بین دو طرف (مثلاً آلیس و باب) با استفاده از ... فوتون‌های قطبی‌شدهاین کلید فقط توسط گیرنده می‌تواند به درستی خوانده شود، زیرا هرگونه تلاشی برای رهگیری، حالت‌های کوانتومی فوتون‌ها را تغییر می‌دهد و نفوذ را آشکار می‌کند.

اولین پروتکل QKD که به طور گسترده شناخته شده است، BB84که در سال ۱۹۸۴ توسط چارلز بنت و ژیل براسارد توسعه داده شد. نحوه‌ی کار آن به این صورت است:

1. آلیس فوتون‌های قطبی‌شده (که هر کدام می‌توانند بسته به جهتشان نشان‌دهنده‌ی ۰ یا ۱ باشند) را از طریق یک کانال نوری امن، معمولاً فیبر نوری، به باب می‌فرستد.
2. باب فوتون‌ها را با فیلترهای تصادفی اندازه‌گیری می‌کند و سپس هر دو (از طریق یک کانال عمومی) جهت‌گیری‌های مورد استفاده را مقایسه می‌کنند.
3. آنها فقط بیت‌ها (مقادیر) مربوط به مواردی را که هر دو از جهت‌گیری یکسانی استفاده کرده‌اند، نگه می‌دارند؛ این هسته اصلی کلید مخفی مشترک است.

یکی دیگر از نوآوری‌های مهم، پروتکل E91، توسط آرتور اکرت، که مبتنی بر درهم‌تنیدگی کوانتومی است تا امنیت را در برابر هر نوع جاسوسی بیشتر تقویت کند.

مزایا و معایب حفاظت کوانتومی در مقابل رمزنگاری کلاسیک

La criptografía cuántica این روش نسبت به روش‌های سنتی، مزایای متمایزی ارائه می‌دهد:

• امنیت بی‌قید و شرط: مبتنی بر قوانین فیزیک است، نه بر اساس فرضیات ریاضی.
• تشخیص رهگیری: هرگونه تلاش برای جاسوسی به دلیل تغییر کیوبیت‌ها، ناگزیر قابل مشاهده است.
• مقاومت در برابر محاسبات کوانتومیبرخلاف رمزنگاری کلاسیک، روش‌های کوانتومی فعلی توسط کامپیوترهای کوانتومی قابل شکستن نیستند.

از جمله معایب آن می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• مسافت‌های محدود: فوتون‌ها در کابل‌های نوری مسافت طولانی تخریب می‌شوند، اگرچه ماهواره‌ها و تکرارکننده‌ها به سرعت در حال پیشرفت هستند.
• Coste elevadoپیاده‌سازی سیستم‌های QKD نیازمند سرمایه‌گذاری در تجهیزات تخصصی و زیرساختی در حال توسعه است.
• چالش های عملیامنیت نظری ممکن است در دستگاه‌ها و پیکربندی‌های واقعی دارای آسیب‌پذیری‌هایی باشد.

انواع و پروتکل‌های حفاظت کوانتومی

این حوزه شامل روش‌های مختلفی است که هر کدام بر جنبه‌های مختلفی از ارتباط و ذخیره‌سازی تمرکز دارند:

• توزیع کلید کوانتومی (QKD): برای تبادل ایمن کلیدهای مخفی.
• سکه‌های کوانتومیتکنیک‌های تجربی برای اجماع و احراز هویت بین طرفین غیرقابل اعتماد
• امضاهای دیجیتال کوانتومی: برای تأیید صحت پیام‌ها و تراکنش‌ها.
• پروتکل‌های اضافیانتقال کوانتومی بی‌توجه، سیستم‌های مبتنی بر موقعیت و سایر آزمایش‌های پیشرفته در رمزنگاری.

موارد استفاده و کاربردهای عملی حفاظت کوانتومی

برنامه های کاربردی از protección cuántica آنها در حال حاضر در بخش‌های مختلف، چه دولتی و چه خصوصی، به یک واقعیت تبدیل شده‌اند:

• دولت‌ها و دفاع: حفاظت از اطلاعات طبقه‌بندی‌شده و سیستم‌های حیاتی.
• Finanzas y banca: انتقال امن داده‌های محرمانه و تراکنش‌های حساس.
• زیرساخت‌های حیاتیشبکه‌های برق، بهداشت و مخابرات که نمی‌توانند از نشت اطلاعات جلوگیری کنند.
• شبکه‌های ارتباطی کوانتومیپروژه‌هایی مانند ماهواره چینی Micius و شبکه‌هایی در اروپا و آمریکا.
• امنیت انتخابات: آزمایش در انتخابات شهرداری‌ها در سوئیس برای تضمین شفافیت و قابلیت اطمینان.

این مثال‌ها نشان می‌دهند که رمزنگاری کوانتومی در حال حاضر یک واقعیت در حال گسترش است و فقط یک وعده برای آینده نیست.شرکت‌ها و دولت‌ها برای اطمینان از حفاظت از دارایی‌های دیجیتال حیاتی، در این فناوری سرمایه‌گذاری می‌کنند.

چالش‌ها و موانع فنی برای حفاظت کوانتومی

پذیرش گسترده با موانعی مانند موارد زیر روبرو است:

• مسائل مربوط به محدودهپوشش سیستم‌های QKD از طریق فیبر نوری هنوز محدود است، اگرچه ماهواره‌ها و تکرارکننده‌ها در حال بهبود این وضعیت هستند.
• Interoperabilidadادغام فناوری‌های کوانتومی جدید با سیستم‌های موجود نیازمند تغییرات پیچیده و همکاری بین‌المللی است.
• Costes elevadosتجهیزات تخصصی هنوز هم برای بسیاری از سازمان‌ها سرمایه‌گذاری قابل توجهی محسوب می‌شوند.
• توسعه سخت‌افزاردستگاه‌های کوانتومی به دقت و پایداری بالایی نیاز دارند و هنوز در مرحله توسعه هستند.
• مقررات در حال تحولاستانداردها و پروتکل‌ها هنوز در دست تدوین هستند و مقررات جهانی هنوز به طور کامل تعریف نشده است.

گذار به حفاظت کوانتومی: چگونه آماده شویم

La سازگاری با امنیت کوانتومی این کار در بخش‌های حیاتی و شرکت‌های پیشرو مانند IBM، گوگل و اپل آغاز شده است. توصیه می‌شود این مراحل را دنبال کنید:

• ارزیابی خطرات کوانتومی: شناسایی اینکه کدام داده‌ها و سیستم‌ها به حفاظت بلندمدت نیاز دارند.
• فهرست‌بندی زیرساخت رمزنگاریتحلیل کنید که کدام پروتکل‌های فعلی برای مقاومت در برابر حملات کوانتومی نیاز به به‌روزرسانی دارند.
• پیاده‌سازی الگوریتم‌های پساکوانتومی: به تدریج به سمت راهکارهایی که در برابر حملات آینده مقاوم هستند، حرکت کنید.
• آموزش در فناوری‌های کوانتومیآموزش پرسنل فنی و استراتژیک برای یک گذار کارآمد.
• بهینه‌سازی راه‌حل‌های ترکیبی: استفاده از ترکیبی از رمزنگاری کلاسیک و کوانتومی در طول گذار.

اقدام زودهنگام بسیار مهم است، زیرا وقتی کامپیوترهای کوانتومی تهدیدی واقعی ایجاد کنند، مهاجرت بسیار پیچیده‌تر و پرهزینه‌تر خواهد بود.

پیشرفت‌ها و استانداردهای اصلی حفاظت کوانتومی

آینده در گرو ایجاد استانداردهای مستحکم و تقویت همکاری‌های بین‌المللی با نهادهایی مانند ... NISTپیشرفت‌های مهمی حاصل شده است، مانند:

• انتخاب و آزمایش الگوریتم‌های پساکوانتومی که می‌تواند برای محافظت از اطلاعات حیاتی اجباری شود.
• El desarrollo de زیرساخت‌های تجاری QKD در شبکه‌های آزمایشی و در محیط‌های واقعی.
• Iniciativas como el انجمن مالی کوانتوم سیف (QSFF)با همکاری بانک‌ها و موسسات مالی برای بهبود حفاظت.
• تعهد شرکت‌های مخابراتی، سرویس‌های ابری و شبکه‌های زیرساخت حیاتی.

آینده حفاظت کوانتومی و امنیت سایبری

پیشرفت‌ها در محاسبات کوانتومی، نه تنها یک چالش، بلکه فرصتی برای تعریف مجدد امنیت دیجیتال است. گام‌های بعدی، با همکاری بین‌المللی در آزمایش‌ها، استانداردها و استقرارها، به دورانی نزدیک‌تر می‌شوند که در آن رمزنگاری به اندازه قوانین فیزیکی که زیربنای آن هستند، ایمن خواهد بود.

La protección cuántica این فناوری به عنوان یک عنصر کلیدی در حفاظت از داده‌ها، ارتباطات و دارایی‌های دیجیتال ما در عصری که فیزیک و ریاضیات دست در دست هم برای ایجاد محیطی امن‌تر تلاش می‌کنند، در حال ظهور است.