تکنولوژی

محاسبات کوانتومی چگونه امنیت سایبری را تغییر خواهد داد؟

یکی از موضوعات نسبتاً شناخته شده در دنیای فناوری، بحث کامپیوترهای کوانتومی و نحوه پردازش و تعامل آنها با اطلاعات است. قدرت کامپیوترهای کوانتومی بسیار بیشتر از کامپیوترهای معمولی است. اما سوال اینجاست که محاسبات کوانتومی چگونه امنیت سایبری را تغییر خواهد داد؟ با ترنجی همراه باشید

محاسبات کوانتومی چگونه امنیت سایبری را تغییر خواهد داد؟

جهش بزرگ در عملکرد محاسبات کوانتومی تهدیدی برای شکل سنتی امنیت سایبری است، اما اقداماتی وجود دارد که می‌توان برای محافظت در برابر آینده محاسبات کوانتومی برداشت. محاسبات کوانتومی هنوز مانند قلمرو علمی تخیلی به نظر می رسد. وعده این فناوری این است که محاسبات کوانتومی می تواند محاسبات را بیش از صد میلیون بار سریعتر از سریعترین ابررایانه های مدرن انجام دهد. این سوال پیامدهای بسیار مثبتی برای حل مشکلات بزرگ علم خواهد داشت.

محاسبات کوانتومی

یک کامپیوتر کوانتومی

اما یک مشکل جانبی بسیار مهم وجود دارد. مشکل این است که رمزگذاری که برای شکستن آن با کامپیوترهای معمولی هزاران سال طول می کشد، اکنون می تواند در چند دقیقه یا حتی چند ثانیه با یک کامپیوتر کوانتومی انجام شود. معنای امروز این است که هکرها و مهاجمان اکنون می توانند داده ها را ذخیره کرده و سال ها بعد با یک کامپیوتر کوانتومی به آنها حمله کنند. برخی از داده های تجاری و شخصی در آینده بسیار حساس باقی خواهند ماند. بنابراین، برای مقابله با حملات محاسباتی کوانتومی، ارزش حفاظت از داده ها بسیار مهم است.

محاسبات کوانتومی واقعاً چگونه انجام می شود؟

افزایش عملکرد محاسبات کوانتومی نسبت به ماشین‌های فعلی فون نویمان آنقدر جهش بزرگی است که اعتراف به باورنکردنی آن آسان است. اما سرعت یک محصول جانبی بسیار متفاوت از نحوه کار محاسبات کوانتومی است. تراشه‌های رایانه‌ای سنتی هنوز بر اساس مفهوم محاسباتی هستند که توسط جان فون نویمان اختراع و در سال 1945 منتشر شد.

در این سیستم، هر عملیات به صورت متوالی انجام می شود. با خواندن اطلاعات از دستگاه ورودی، پردازش منطقی روی آن انجام شده و سپس خروجی ارائه می شود. حتی ابرکامپیوترهای موازی هم به این شکل کار می کنند. اگر آنها هزاران عملیات را به طور همزمان انجام دهند، هر کدام همچنان به صورت متوالی توسط هسته CPU اجرا می شوند.

محاسبات کوانتومی چگونه امنیت سایبری را تغییر خواهد داد؟

پردازنده‌های گرافیکی ساده‌تر از پردازنده‌ها هستند، اما واحدهای متوالی نیز دارند، البته از طریق پردازش داده‌های موازی بسیار سریع‌تر. محاسبات سنتی همچنین با بیت هایی کار می کند که دارای دو حالت هستند که معمولاً به صورت 0 و 1 نشان داده می شوند. ورودی یک حالت و پس از عملیات خروجی همان حالت یا حالت دیگر خواهد بود.

همانطور که فرآیندها پیچیده تر می شوند و قابلیت های محاسباتی بیشتری دارند، تقسیم آنها به محاسبات متوالی و فردی می تواند به این معنی باشد که آنها بسیار فراتر از قابلیت های معماری پردازنده های فعلی هستند. اما کامپیوترهای کوانتومی اینگونه کار نمی کنند. یک کامپیوتر کوانتومی به جای اینکه از تعداد زیادی هسته محاسباتی به صورت موازی و جداگانه برای انجام هر عملیات متوالی بر روی بیت های جداگانه استفاده کند، بر روی احتمال وضعیت یک جسم قبل از اندازه گیری کار می کند.

این حالت‌ها که به عنوان کیوبیت شناخته می‌شوند، ویژگی‌های تعریف‌نشده یک جسم قبل از تشخیص آن هستند، مانند قطبش یک فوتون یا اسپین یک الکترون. از آنجایی که این حالت های کوانتومی قبل از اندازه گیری موقعیت خاصی ندارند، به جای دو موقعیت، موقعیت های ممکن مختلف را با هم مخلوط می کنند. با این حال، این حالت های ترکیبی می توانند از نظر ریاضی با حالات سایر اشیاء مرتبط باشند، اگرچه نتیجه اندازه گیری نمی شود.

محاسبات کوانتومی

با به کارگیری ریاضیات، اساساً می توان این درهم تنیدگی در الگوریتم و مسائل پیچیده را با یک عملیات ساده تر حل کرد. از یک طرف، این می تواند برای انواع علوم بسیار سخت استفاده شود، مانند پیش بینی فعل و انفعالات چند ذره در یک واکنش شیمیایی یا ایجاد کدهای امنیتی که شکستن آنها بسیار سخت تر از کدهای فعلی است. اما برعکس، می‌توان از آن‌ها برای شکستن کدهای موجود استفاده کرد، که با فناوری رایانه‌ای فعلی غیرممکن است، زیرا می‌توانند راه‌حل‌های زیادی را به طور همزمان انجام دهند.

با در نظر گرفتن این موضوع، برای یک کامپیوتر معمولی حدود 300 تریلیون سال یا 22000 برابر سن کیهان طول می کشد تا رمزگذاری 2048 بیتی RSA را بشکند. اما یک کامپیوتر کوانتومی 4099 کیوبیتی با استفاده از الگوریتم Shor که برای یافتن مضرب اعداد صحیح اول در کلیدهای رمزگذاری طراحی شده است، برای انجام این فرآیند تنها به 10 ثانیه زمان نیاز دارد. واضح است که در این رابطه برای بسیاری از اشکال مختلف رمزنگاری خطر وجود دارد. به عنوان مثال، SSL و TLS به طور جهانی از کلیدهای RSA 2048 بیتی برای رمزگذاری اتصالات وب استفاده می کنند و بنابراین در برابر هک توسط رایانه کوانتومی آسیب پذیر هستند.

سرعت کامپیوترهای کوانتومی فعلی چقدر است؟

خبر خوب این است که ما هنوز در آن مرحله نیستیم. در حالی که 4099 کیوبیت در مقایسه با پردازنده‌های 64 هسته‌ای که بیش از 3 میلیارد عملیات در ثانیه (در هر هسته) انجام می‌دهند چندان زیاد به نظر نمی‌رسد، اما هنوز از قوی‌ترین کامپیوتر کوانتومی موجود امروزی بیشتر است. Eagle IBM که در اواخر سال 2021 ساخته می شود، تنها 127 کیوبیت قدرت پردازش دارد. Sycamore گوگل تنها 53 کیوبیت دارد و کامپیوتر کوانتومی دانشگاه علم و فناوری جیوژانگ چین 76 کیوبیت دارد و اکثر پردازنده های کوانتومی (QPU) کمتر از 50 کیوبیت قدرت محاسباتی دارند.

پردازنده‌های «آنیل کوانتومی» از D-Wave با حداکثر 5760 کیوبیت وجود دارد، اما آنها به مجموعه محدودی از نتایج ممکن نیاز دارند و نمی‌توانند الگوریتم Shor مورد نیاز برای شکستن رمزگذاری را انجام دهند. با این حال، توسعه این دستگاه ها رو به جلو است. Xanadu قصد دارد یک پردازنده کوانتومی 216 کیوبیتی به نام Borealis را در سال 2022 راه اندازی کند و IBM قصد دارد در سال 2022 با Osprey به 433 کیوبیت و در سال 2023 با Condor به 1121 کیوبیت برسد.

محاسبات کوانتومی

بنابراین در حالی که رمزگذاری سنتی در حال حاضر امن باقی می ماند، اینطور نخواهد بود. شایان ذکر است، IBM یک کامپیوتر کوانتومی 4158 کیوبیتی دیگر را تا سال 2025 هدف قرار داده است که شکستن RSA 2048 بیتی را در زمان واقعی قبل از سال 2030 ممکن می سازد. در واقع، این آخرین سالی است که NIST در ابتدا تصور می کرد چنین خواهد بود. او هنوز ایمن است. بنابراین ممکن است تا سال 2030 نتوانید به راحتی یک کامپیوتر رومیزی با محاسبات کوانتومی بخرید.

از آنجایی که اولین کامپیوتر کوانتومی تجاری موجود D-Wave زمانی که در سال 2017 عرضه شد حدود 15 میلیون دلار قیمت داشت. البته قیمت ها به مرور زمان کاهش می یابد، اما این احتمال وجود دارد که شرکت ها و کشورهای بزرگ مشتری این سیستم ها شوند که برای سال های آینده دارای QPU هستند. . با این حال، همه این کشورها چنین سیستم هایی را برای منافع خود می خواهند، بنابراین خطر این فناوری در آینده نزدیک افزایش خواهد یافت.

افزایش امنیت سایبری در برابر محاسبات کوانتومی

خوشبختانه، زمان زیادی برای آماده شدن برای تهدید کامپیوترهای کوانتومی وجود دارد. به عنوان مثال، با استفاده از محصولات امنیتی مبتنی بر رمزنگاری کوانتومی، می توان از خط این سیستم های پرسرعت در امان بود. این محصولات می توانند امروز از داده های حساس شما محافظت کنند و از اطلاعات شما در برابر حملات محاسباتی کوانتومی در آینده محافظت کنند.

الگوریتم‌های رمزگذاری فعلی از تجزیه اعداد صحیح، لگاریتم‌های گسسته یا لگاریتم‌های گسسته با منحنی بیضوی استفاده می‌کنند که الگوریتم Shor به راحتی می‌تواند با استفاده از یک کامپیوتر کوانتومی شکسته شود. رمزنگاری مبتنی بر کوانتوم به رویکردهای جایگزینی اشاره دارد که در برابر محاسبات کوانتومی آسیب پذیر نیستند.

محاسبات کوانتومی

مطابق با TechRadarتحقیقات در مورد شش روش اصلی هنوز در مراحل اولیه است، اما در حال حاضر محصولاتی وجود دارند که از این فناوری استفاده می کنند. یک مثال QST-VPN است که بر اساس کتابخانه OpenVPN توسعه یافته است، اما با الگوریتم های ایمن مبتنی بر کوانتومی که از داده های کاربر محافظت می کند. نرم افزار سرور از طریق سیستم ابری AWS با مشتریان برای ویندوز، MacOS و طیف وسیعی از توزیع‌های لینوکس در دسترس است و به کسب‌وکارها این امکان را می‌دهد تا امنیت خود را در حال حاضر به جای پس از تبدیل شدن به محاسبات کوانتومی بهبود بخشند.

محاسبات کوانتومی پتانسیل بسیار زیادی برای متحول کردن سرعت انجام محاسبات دارد. مانند توسعه هر فناوری جدید، این فناوری هم پیامدهای خوب و هم بد دارد. اما اکنون که می دانیم در آینده ای نه چندان دور چه چیزی در انتظار امنیت سایبری است، حداقل می توانیم خود را برای پتانسیل سودمند محاسبات کوانتومی آماده کنیم تا بر قابلیت های پلیدتر آن غلبه کند. نظر کاربران ترانجی در مورد محاسبات کوانتومی و وضعیت آینده امنیت سایبری چیست؟!

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا