رمزنگاری پس کوانتومی چیست و چرا مهم است؟

رمزگذاری ما را به صورت آنلاین ایمن نگه می دارد، اما رمزنگاری پس کوانتومی می تواند همه اینها را تغییر دهد.

اغلب مردم وقتی در مورد رمزنگاری صحبت می کنیم، اغلب به سازمان های مخفی یا تاسیسات عمیق زیرزمینی فکر می کنند. در اصل، رمزنگاری صرفاً وسیله ای برای محافظت و رمزگذاری اطلاعات است.

به عنوان مثال، اگر به سمت چپ URL این وب سایت (در نوار آدرس) نگاه کنید، نماد قفل کوچکی را خواهید دید. قفل نشان می دهد که سایت از پروتکل HTTPS برای رمزگذاری اطلاعات ارسال شده به سایت و از آن استفاده می کند و از اطلاعات حساس مانند اطلاعات شخصی و اطلاعات کارت اعتباری محافظت می کند.

با این حال، رمزنگاری کوانتومی به طور قابل توجهی پیشرفته تر است و امنیت آنلاین را برای همیشه تغییر خواهد داد.

رمزنگاری پس کوانتومی چیست؟

برای درک بهتر رمزنگاری پس کوانتومی، مهم است که ابتدا بدانیم کامپیوترهای کوانتومی چیست. کامپیوترهای کوانتومی ماشین های بسیار قدرتمندی هستند که از فیزیک کوانتومی برای ذخیره اطلاعات و انجام محاسبات با سرعت باورنکردنی سریع استفاده می کنند.

رایانه معمولی اطلاعات را به صورت باینری ذخیره می کند که فقط یک دسته از 0 و 1 است. در محاسبات کوانتومی، اطلاعات در “کیوبیت” ذخیره می شود. اینها از خواص فیزیک کوانتومی، مانند حرکت الکترون یا شاید نحوه جهت گیری عکس، استفاده می کنند.

کامپیوترهای کوانتومی با چیدمان آنها در ترتیبات مختلف، می توانند اطلاعات را بسیار سریع ذخیره کرده و به آنها دسترسی داشته باشند. در اصل، آرایش کیوبیت ها می تواند اعداد بیشتری نسبت به اتم های جهان ما ذخیره کند.

بنابراین، اگر از یک کامپیوتر کوانتومی برای شکستن یک رمز از یک کامپیوتر باینری استفاده می‌کنید، زمان زیادی طول نمی‌کشد تا شکسته شود. در حالی که رایانه‌های کوانتومی فوق‌العاده قدرتمند هستند، همتایان باینری آنها هنوز در برخی موارد برتری دارند.

برای شروع، میدان‌های گرما یا الکترومغناطیسی می‌توانند بر ویژگی‌های کوانتومی کامپیوتر تأثیر بگذارند. بنابراین، استفاده از آنها به طور کلی محدود است و باید با دقت بسیار کنترل شود. به راحتی می توان گفت که محاسبات کوانتومی در حال تغییر جهان است.

مطلب مرتبط: 6 راه برای ساده سازی تلاش های امنیت سایبری

در حال حاضر، در حالی که کامپیوترهای کوانتومی تهدید قابل توجهی برای رمزگذاری هستند، هنوز دفاع های مناسبی وجود دارد. رمزنگاری پس کوانتومی به توسعه رمزهای جدید یا تکنیک های رمزنگاری اشاره دارد که در برابر حملات رمزنگاری کامپیوترهای کوانتومی محافظت می کند.

این به رایانه‌های باینری اجازه می‌دهد تا از داده‌های خود محافظت کنند و در برابر حملات رایانه‌های کوانتومی غیرقابل نفوذ باشند. رمزنگاری پس کوانتومی با حرکت به سمت آینده دیجیتالی امن تر و قوی تر، اهمیت فزاینده ای پیدا می کند.

ماشین‌های کوانتومی قبلاً بسیاری از تکنیک‌های رمزگذاری نامتقارن را شکسته‌اند که عمدتاً بر الگوریتم Shor تکیه دارند.

اهمیت رمزنگاری پس کوانتومی

در سال 2016، محققان دانشگاه اینسبروک و MIT به این نتیجه رسیدند که رایانه‌های کوانتومی می‌توانند به راحتی از هر رمزی که توسط رایانه‌های معمولی ساخته شده است، عبور کنند. البته آنها از ابررایانه ها قدرتمندتر هستند.

در همان سال، مؤسسه ملی استانداردها و فناوری (NIST) شروع به پذیرش موارد ارسالی برای رمزهای جدید کرد که می توانست جایگزین رمزگذاری عمومی شود. در نتیجه، چندین دفاع ایجاد شد.

به عنوان مثال، یک راه ساده این است که اندازه کلیدهای دیجیتال را دوبرابر کنید تا تعداد جایگشت های مورد نیاز به طور قابل توجهی افزایش یابد، به خصوص در صورت حمله brute force.

تنها دوبرابر کردن اندازه کلید از 128 به 256 بیت، تعداد جایگشت‌ها را برای یک کامپیوتر کوانتومی که از الگوریتم گروور استفاده می‌کند، مربع می‌کند، که متداول‌ترین الگوریتم مورد استفاده برای جستجو در پایگاه‌های داده بدون ساختار است.

در حال حاضر، NIST در حال آزمایش و تجزیه و تحلیل چندین تکنیک با هدف انتخاب یکی برای پذیرش و استانداردسازی است. از 69 پیشنهاد اولیه دریافت شده، موسسه قبلاً آن را به 15 کاهش داده است.

مطلب مرتبط: 6 مزایا و معایب Spectre، مدیر رمز عبور بدون رمز

آیا الگوریتم پس کوانتومی وجود دارد؟ آیا رمزگذاری AES-256 پس کوانتومی ایمن است؟

اکنون تمرکز قابل توجهی بر روی توسعه الگوریتم‌های “مقاوم در برابر کوانتومی” وجود دارد.

به عنوان مثال، رمزگذاری AES-256 که امروزه به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد، معمولاً به عنوان مقاوم در برابر کوانتومی در نظر گرفته می شود. رمزگذاری متقارن آن هنوز به طرز باورنکردنی ایمن است. به عنوان مثال، یک کامپیوتر کوانتومی که از الگوریتم گروور برای رمزگشایی رمز AES-128 استفاده می کند، می تواند زمان حمله را به 2^64 کاهش دهد که نسبتاً ناامن است.

در مورد رمزگذاری AES-256، این عدد 2^128 خواهد بود که هنوز هم بسیار قوی است. NIST بیان می کند که الگوریتم های پس کوانتومی به طور کلی در یکی از سه دسته قرار می گیرند:

رمزهای مبتنی بر شبکه – مانند Kyber یا Dilithium.
رمزهای مبتنی بر کد – مانند سیستم رمزنگاری کلید عمومی McEliece که از کدهای Goppa استفاده می کند.
توابع مبتنی بر هش – مانند سیستم امضای یکبار مصرف Lamport Diffie.

علاوه بر این، بسیاری از توسعه دهندگان بلاک چین بر روی ایجاد ارزهای دیجیتال مقاوم در برابر حملات رمزنگاری کوانتومی تمرکز می کنند.

آیا RSA پس کوانتومی امن است؟

RSA یک الگوریتم نامتقارن است که زمانی به طور باورنکردنی ایمن در نظر گرفته می شد. ساینتیفیک امریکن در سال 1977 یک مقاله تحقیقاتی منتشر کرد و ادعا کرد که شکستن رمزگذاری RSA-129 به 40 کوادریلیون سال زمان نیاز دارد.

در سال 1994، پیتر شور، ریاضیدانی که برای آزمایشگاه های بل کار می کرد، الگوریتمی ایجاد کرد که رمزگذاری RSA را به شکست محکوم کرد. چند سال بعد، تیمی از رمزنگاران آن را در عرض شش ماه شکستند.

امروزه رمزگذاری RSA توصیه شده RSA-3072 است که امنیت 112 بیتی را ارائه می دهد. RSA-2048 هنوز کرک نشده است، اما مسئله زمان است.

مطلب مرتبط: 4 روشی که RV های الکتریکی زندگی ون را برای همیشه تغییر می دهند

در حال حاضر، بیش از 90٪ از تمام اتصالات رمزگذاری شده در وب، از جمله دست دادن SSL، به RSA-2048 متکی هستند. RSA همچنین برای احراز هویت امضاهای دیجیتال استفاده می شود، که برای فشار دادن به روز رسانی سیستم عامل یا کارهای روزمره مانند احراز هویت ایمیل ها استفاده می شود.

مشکل این است که افزایش اندازه کلید امنیت را به طور متناسب افزایش نمی دهد. برای شروع، RSA 2048 چهار میلیارد برابر قوی تر از نسخه قبلی خود است. اما، RSA 3072 تنها حدود 65 هزار بار قوی تر است. در واقع، ما به محدودیت های رمزگذاری RSA در 4096 خواهیم رسید.

تحلیلگران رمزنگاری حتی مجموعه ای از روش های مختلف را برای حمله به RSA منتشر کرده اند و مشخص کرده اند که چقدر می توانند موثر باشند. مسئله این است که RSA اکنون یک دایناسور تکنولوژیک است.

حتی قدیمی تر از ظهور وب جهانی است که ما می شناسیم. اکنون، ذکر این نکته نیز ضروری است که ما هنوز به برتری کوانتومی دست نیافته‌ایم، به این معنی که یک کامپیوتر کوانتومی قادر خواهد بود عملکردی را انجام دهد که یک کامپیوتر معمولی قادر به انجام آن نیست.

با این حال، طی 10 تا 15 سال آینده انتظار می رود. شرکت‌هایی مانند گوگل و آی‌بی‌ام در حال کوبیدن هستند.

چرا ما به رمزنگاری پس کوانتومی نیاز داریم؟

گاهی اوقات، بهترین راه برای نوآوری، ارائه یک مشکل قدرتمندتر است. مفهوم رمزنگاری پس کوانتومی تغییر روش حل مسائل ریاضی توسط کامپیوترها است.

همچنین نیاز به توسعه پروتکل‌ها و سیستم‌های ارتباطی امن‌تر وجود دارد که می‌توانند از قدرت محاسبات کوانتومی استفاده کنند و حتی در برابر آنها محافظت کنند. بسیاری از شرکت ها، از جمله ارائه دهندگان VPN، حتی در حال کار بر روی انتشار VPN هایی هستند که اکنون از نظر کوانتومی ایمن هستند!