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 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.

 

• ما الذي يتم فعله لمواجهة التهديدات الكمومية المستقبلية؟

النبأ السار هو أن الباحثين وهيئات المعايير يتحركون لمواجهة التهديد.

بدأ المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) برنامج توحيد تشفير ما بعد الكم

لتحديد الخوارزميات الجديدة التي يمكن أن تقاوم التهديدات التي تشكلها أجهزة الكمبيوتر الكمومية.

بعد ثلاث جولات من التقييم ، حدد المعهد القومي للمعايير والتكنولوجيا (NIST) سبعة من المتأهلين للتصفيات النهائية.

إنهم يخططون لاختيار عدد صغير من الخوارزميات الجديدة الآمنة للكم في وقت مبكر من هذا العام ولديهم معايير جديدة للأمان الكمومي بحلول عام 2024.

كجزء من هذا البرنامج ، شارك باحثو IBM في تطوير ثلاث خوارزميات تشفير آمنة كمومية تعتمد على على التشفير الشبكي الموجود في الجولة الأخيرة من الدراسة

CRYSTALS-Kyber و CRYSTALS-Dilithium و Falcon.

 

• كيف يجب أن تستعد الشركات لاعتماد التشفير الآمن الكمي؟

لحسن الحظ ، لدينا الوقت لتنفيذ حلول آمنة كمومية قبل ظهور أجهزة الكمبيوتر الكمومية على نطاق واسع – ولكن ليس الكثير من الوقت.

يعد الانتقال إلى التشفير الجديد أمرًا معقدًا وسيتطلب وقتًا واستثمارًا كبيرًا.

لا نعرف متى سيكون الكمبيوتر الكمي واسع النطاق قادرًا على كسر خوارزميات تشفير المفتاح العام متاحًا ،

لكن الخبراء يتوقعون أن هذا قد يكون ممكنًا بحلول نهاية العقد.

أيضًا ، يمكن للقراصنة جمع البيانات المشفرة اليوم والاحتفاظ بها لوقت لاحق عندما يتمكنون من فك تشفيرها باستخدام جهاز كمبيوتر كمي ،

لذا فإن البيانات الحساسة ذات العمر الطويل معرضة للخطر بالفعل.

أصدرت المنظمات في الولايات المتحدة وألمانيا بالفعل متطلبات للوكالات الحكومية لاتباعها فيما يتعلق بالتشفير الآمن الكمي.

قد يهمك أيضاً: تصميم وانشاء كارت معايدة بعيد الأضحى المبارك 2023