فراتر از رمزگذاری: چرا محاسبات کوانتومی ممکن است بیشتر از یک غرفه امنیت سایبری رونق علمی داشته باشد

اوت گذشته ، انستیتوی ملی استاندارد و فناوری (NIST) سه “استاندارد رمزگذاری پس از کوانه” را منتشر کرد که برای مقاومت در برابر حمله از یک کامپیوتر کوانتومی طراحی شده است. سالهاست که کارشناسان رمزنگاری نگران این هستند که ظهور محاسبات کوانتومی می تواند عذاب را برای روش های رمزگذاری سنتی هجی کند. با استفاده از این فناوری که اکنون به طور محکم در افق قرار دارد ، استانداردهای جدید NIST اولین گام معنی دار به سمت حمایت های پس از کوارتوم را نشان می دهد.

اما آیا Quantum Computing تهدید رمزگذاری آن ساخته شده است؟ در حالی که درست است که رایانه های کوانتومی قادر خواهند بود رمزگذاری سنتی را سریعتر و به راحتی بشکنند ، ما هنوز مسیری طولانی از جعبه رمزگشایی “No More Secrets” تصور شده در فیلم 1992 است. کفش ورزشیبشر با وجود تقاضای انرژی و محاسبات انرژی هنوز هم عوامل محدود کننده ، کسانی که به رایانه های کوانتومی دسترسی دارند ، احتمالاً در نظر دارند این فناوری را برای استفاده بهتر در جای دیگر – مانند علم ، داروسازی و مراقبت های بهداشتی – قرار دهند.

نظریه میکروسکوپ الکترونی را به خاطر می آورید؟

من مدت زیادی را صرف کار در پزشکی قانونی دیجیتال کردم و این یک دیدگاه منحصر به فرد در مورد چالش های محاسبات کوانتومی به من داده است. در سال 1996 ، پیتر گوتمن یک مقاله سفید با عنوان “حذف ایمن داده ها از حافظه مغناطیسی و جامد” منتشر کرد ، که تئوریزه می کند که داده های حذف شده را می توان با استفاده از میکروسکوپ الکترونی از هارد دیسک بازیابی کرد. این ممکن بود؟ شاید-اما در نهایت ، این روند فوق العاده زحمتکش ، منابع و غیرقابل اعتماد خواهد بود. مهمتر از همه ، مدتی نگذشت که هارد دیسک ها اطلاعات را به گونه ای متراکم بسته بندی می کردند که حتی یک میکروسکوپ الکترونی هیچ امیدی به بازیابی داده های حذف شده نداشت.

در حقیقت ، تقریباً هیچ مدرکی مبنی بر استفاده از چنین میکروسکوپ الکترونی با موفقیت برای این منظور وجود ندارد ، و آزمایش مدرن تأیید می کند که این روش نه عملی است و نه قابل اعتماد. اما ترس واقعی بود-و این امر باعث شد كه وزارت دفاع آمریكا (DOD) روش معروف “پاکسازی 7 پاس” از بین بردن داده ها را برای از بین بردن هرگونه شواهد پزشکی قانونی مبنی بر اینکه یک میکروسکوپ برقی می تواند از لحاظ تئوری تشخیص دهد ، صادر کند. آیا باید چنین اقدامات احتیاطی اضافی را با داده های حساس یا طبقه بندی شده انجام دهیم؟ البته اما این تهدید به هیچ وجه به همان اندازه وخیم نبود که ساخته شد. وقتی صحبت از محاسبات کوانتومی می شود ، ممکن است ما در جاده مشابهی حرکت کنیم.

واقعیت عملی محاسبات کوانتومی

اول ، درک این موضوع که چگونه محاسبات کوانتومی کار می کند ، مهم است. با وجود روشی که فیلم ها دوست دارند هکرها را به تصویر بکشند ، این یک گرگ جادویی نیست که بلافاصله رمزنگاری را همانطور که می دانیم به پایان می رساند. هنوز هم باید پیام های فردی تغذیه شود و وظیفه خود را برای شکستن رمزگذاری انجام دهد – این بدان معناست که مهاجمان باید ایده خوبی داشته باشند که پیام ها حاوی اطلاعات ارزشمند هستند. این ممکن است آسان به نظر برسد ، اما بیش از 300 میلیارد ایمیل هر روز به همراه تریلیون متن ارسال می شود. روش هایی برای محدود کردن دامنه جستجو وجود دارد ، اما هنوز هم به مهاجم نیاز دارد تا قدرت محاسباتی زیادی را در این مشکل پرتاب کند.

این من را به مسئله واقعی سوق می دهد: محاسبات قدرت بی نهایت نیست. محاسبات کوانتومی در حاشیه فناوری قرار دارد ، به این معنی که کدی اسکریپت متوسط ​​شما یا مجموعه هکرها نمی توانند دست خود را بر روی آن قرار دهند. تنها بازیکنانی که به رایانه های کوانتومی دسترسی پیدا می کنند (و انرژی لازم برای اجرای آنها) بازیگران کشور و شرکت های بزرگی مانند Google ، Microsoft و AI شرکت خواهند بود. به بیان ساده تر ، محاسبات کوانتومی در ابتدا گران خواهد بود و به همان اندازه که بسیاری از آنها به بازار عرضه کرده اند ، به همان سرعت به بازار عرضه نمی شود-و این بدان معناست که کشورهای ملت فقط قدرت محاسباتی زیادی را در اختیار دارند. بنابراین ، این سؤال است: آیا در حال تجزیه پروتکل های رمزگذاری واقعاً چیزی است که آنها قصد دارند آن را خرج کنند؟

موارد استفاده واقعی برای کوانتوم

جواب قوی است … شاید. از نظر من ، مزایای واقعی کوانتومی در تحقیقات ، رقابت اقتصادی و تأثیر جهانی است. این بدان معنا نیست که اگر یک کشور خصمانه ملت دست خود را به چیزی که می داند خوب است ، از رمزگذاری ترک خوردگی استفاده نمی شود-اما این روش اصلی استفاده از این فناوری نخواهد بود. به این روش نگاه کنید: اگر با دسترسی به پیشرفته ترین مدل های رایانه ای روی زمین ، قدرت خارجی دارید ، از آنها برای چه چیزی استفاده می کنید؟ آیا می توانید از طریق میلیون ها ارتباطات رمزگذاری شده به تعقیب غاز وحشی بروید ، یا می توانید آن زمان بحرانی ، انرژی و محاسبه را برای درمان سرطان ، ریشه کن کردن زوال عقل یا ایجاد مواد جدید پیشرفته اختصاص دهید؟ برای من ، این یک فرد بدون مغز است. یک مهاجم فردی ممکن است پس از دستاوردهای کوتاه مدت باشد ، اما ملل فکر می کنند بلند مدت تر است.

محاسبات کوانتومی احتمالاً پیشرفت های قابل توجهی را در توسعه مواد و کاتالیزورهای جدید ایجاد می کند و منجر به ایجاد کامپوزیت های قوی تر و سبک تر برای تولید و کاتالیزورهای واکنش پذیر تر برای فرآیندهای شیمیایی می شود. این تنها پتانسیل انقلابی در صنایع متعدد را دارد و سود طولانی مدت بیشتری را برای ملت استقرار این فناوری فراهم می کند. محاسبات کوانتومی همچنین وعده در صنعت داروسازی نشان داده است و به محققان کمک می کند تا در کسری از زمان داروهای مؤثرتری و سایر درمان ها را توسعه دهند. این فناوری حتی با فعال کردن محاسبات سریعتر مسیر ، دقیق تر و بهینه سازی استفاده از سوخت ، از این فناوری برای تقویت قابلیت های مسافرتی فضایی استفاده می شود.

این به تجزیه و تحلیل هزینه و فایده می رسد. فقط کشورهای کشور و شرکتهای بزرگ به زودی به محاسبات کوانتومی دسترسی خواهند داشت-و آیا آنها واقعاً الگوریتم های رمزگذاری رمزگذاری قدرت محاسبات محدود خود را صرف می کنند که در عوض بتوانند باعث افزایش بازده اقتصادی و حاکم بر بازارهای مالی شوند؟ این بدان معنا نیست که هر مورد استفاده برای محاسبات کوانتومی خوب است – از نظر اشتباه ، مطمئناً می تواند به روش های خطرناک مورد استفاده قرار گیرد. اما با تمرکز زیاد روی به اصطلاح “آخرالزمان کوانتومی” برخی معتقدند که در حال رشد است ، زمینه.

آیا شکستن رمزگذاری در لیست موارد استفاده برای محاسبات کوانتومی است؟ بله اما در لیست زیاد نیست. بنابراین قبل از اینکه میلیارد ها دلار برای پاره کردن و جایگزینی هر الگوریتم رمزنگاری در حال استفاده هزینه کنیم ، ممکن است زمان آن فرا رسیده باشد که نفس عمیق بکشیم و در نظر بگیریم که چگونه از محاسبات کوانتومی استفاده می شود.

راب لی رئیس تحقیقات و رئیس دانشکده در موسسه SANS است.