ما هو التشفير الكمي ولماذا يعد أفضل الحلول المستقبلية لحماية البيانات

ما هو التشفير الكمي ولماذا يعد أفضل الحلول المستقبلية لحماية البيانات

كيف تستعد للحقبة التالية من الحوسبة باستخدام التشفير الكمي.

يساعد التشفير على توفير الأمان للعديد من المهام اليومية.

عند إرسال بريد إلكتروني أو إجراء عملية شراء عبر الإنترنت أو إجراء عملية سحب من ماكينة الصراف الآلي ،

يساعد التشفير في الحفاظ على خصوصية بياناتك والمصادقة على هويتك.

تستمد خوارزميات التشفير الحديثة قوتها من صعوبة حل بعض المسائل الرياضية باستخدام أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية أو صعوبة البحث عن المفتاح السري الصحيح.

ومع ذلك ، تعمل أجهزة الكمبيوتر الكمومية بطريقة مختلفة اختلافًا جوهريًا.

قد يستغرق حل مشكلة قد تستغرق ملايين السنين على جهاز كمبيوتر تقليدي ساعات أو دقائق على كمبيوتر كمي كبير بما يكفي ،

مما سيكون له تأثير كبير على خوارزميات التشفير والتجزئة والمفتاح العام التي نستخدمها اليوم.

ومن هنا يأتي فيه التشفير الآمن الكمي.

وفقًا لـ ETSI ، “يشير التشفير الآمن الكمي إلى الجهود المبذولة لتحديد الخوارزميات المقاومة للهجمات من قبل كل من أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية والكمية ،

للحفاظ على أصول المعلومات آمنة حتى بعد بناء جهاز كمبيوتر كمي واسع النطاق.”

ما هو التشفير الكمي ولماذا يعد أفضل الحلول المستقبلية لحماية البيانات

ما هي الحوسبة الكمومية؟

أجهزة الكمبيوتر الكمومية ليست مجرد أجهزة كمبيوتر عملاقة أكثر قوة.

بدلاً من الحوسبة بالبت التقليدي 1 أو 0 ، تستخدم أجهزة الكمبيوتر الكمومية بتات كمومية أو كيوبتات (CUE-bits).

يستخدم المعالج الكلاسيكي وحدات البت لأداء عملياته.

يستخدم الكمبيوتر الكمومي الكيوبتات لتشغيل خوارزميات كمومية متعددة الأبعاد.

يمكن لمجموعات الكيوبتات في حالة التراكب إنشاء مساحات حسابية معقدة ومتعددة الأبعاد.

ويمكن تمثيل المشاكل المعقدة بطرق جديدة في هذه المساحات.

يؤدي هذا إلى زيادة عدد العمليات الحسابية التي يتم إجراؤها ويفتح إمكانيات جديدة لحل المشكلات الصعبة التي لا تستطيع أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية معالجتها.

هناك العديد من التطبيقات المثيرة في مجالات الصحة والعلوم ،

مثل المحاكاة الجزيئية التي لديها القدرة على تسريع اكتشاف الأدوية الجديدة المنقذة للحياة.

ومع ذلك ، فإن المشكلة هي أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية ستكون قادرة أيضًا على حل المشكلات الرياضية التي تمنح العديد من خوارزميات التشفير قوتها.

كيف ستؤثر الحوسبة الكمومية على التشفير؟

يعمل نوعان رئيسيان من خوارزميات التشفير المستخدمة اليوم لحماية البيانات بطرق مختلفة:

تستخدم الخوارزميات المتماثلة نفس المفتاح السري لتشفير البيانات وفك تشفيرها.

تستخدم الخوارزميات غير المتماثلة ، المعروفة أيضًا باسم خوارزميات المفتاح العام ، مفتاحين مرتبطين رياضيًا: مفتاح عام ومفتاح خاص.

كان تطوير تشفير المفتاح العام في السبعينيات ثوريًا ، مما أتاح طرقًا جديدة للتواصل الآمن.

ومع ذلك ، فإن خوارزميات المفتاح العام معرضة للهجمات الكمومية لأنها تستمد قوتها من صعوبة حل مشكلة السجل المنفصل أو تحليل الأعداد الصحيحة الكبيرة.

كما اكتشف عالم الرياضيات بيتر شور ، يمكن حل هذه الأنواع من المشكلات بسرعة كبيرة باستخدام كمبيوتر كمي قوي بما فيه الكفاية ،

لذلك في حالة التشفير غير المتماثل أو تشفير المفتاح العام ،

نحتاج إلى رياضيات جديدة تصمد أمام الهجمات الكمومية لأن خوارزميات المفتاح العام اليوم سيتم كسرها بالكامل.

تعد خوارزمية جروفر ، التي ابتكرها عالم الكمبيوتر لوف جروفر ، خوارزمية بحث كمومية.

باستخدام خوارزمية جروفر ، تتأثر بعض الخوارزميات المتماثلة وبعضها معطل.

يعد حجم المفتاح وحجم ملخص الرسالة من الاعتبارات المهمة التي ستؤخذ في الاعتبار ما إذا كانت الخوارزمية آمنة من حيث الكم أم لا.

على سبيل المثال ، يعتبر استخدام معيار التشفير المتقدم (AES) مع مفاتيح 256 بت آمنًا من حيث الكم ولكن يمكن كسر Triple DES (TDES) بغض النظر عن حجم المفتاح.