سیستم رمز نگاری کوانتومی غیر قابل هک Quantum Key Distribution

سیستم رمز نگاری کوانتومی غیر قابل هک Quantum Key Distribution

Quantum_Key_Distribution
[KGVID width=”640″ height=”360″]http://rightman.ir//files/film/Quantum_Key_Distribution.mp4[/KGVID]

منبع: Battelle

لینک دانلود مستقیم کلیپ

ماشین‌هایی که انقلابی به پا خواهند کرد، کامپیوترهای کوانتومی هستند. احتمالا تا یک دهه آینده برای دیدن یکی از آن‌ها باید صبر کنیم؛ سیستم‌هایی که به‌آسانی می‌توانند پیچیده‌ترین الگوی کد‌گذاری را بشکنند. رمزها امنیت دیجیتالی را تامین می‌کنند؛ از سیستم‌های خرید آنلاین و ایمیل تا حتی مدارک طبقه‌بندی شده دولتی. به گفته متخصصین فیزیک کوانتوم، استفاده از کامپیوتر‌های کوانتمی الگوریتم‌های کدگذاری امروزی را به خطر می‌اندازد و اگر چنین اتفاقی بیفتد، تبعات آن برای تمام دنیا فاجعه‌بار خواهد بود.

امنیت سایبری در حال حاضر به دو الگوی رمزنگاری وابسته است؛ RSA (این اسم بر اساس نام مخترعین این سیستم انتخاب شده) که بر پایه ریشه‌های دو عدد اول بزرگ‌ کار می‌کند و ECC (رمزنگاری بر پایه منحی بیضوی‌شکل) که در ساختار جبری نقاط روی یک منحنی ریشه دارد. هر دو سیستم کلیدهایی باز یا عمومی و همچنین کلیدهایی سری، بسته یا خصوصی مرتبط با آن ایجاد می‌کنند که داده‌ها به کمک آن‌ها کدگذاری می‌شوند و – به عنوان مثال – کامپیوتر شما می‌داند که این مایکروسافت یا مک‌کافی است که برای نرم‌افزار‌های داخلی رایانه شما آپدیت می‌فرستد.

شکستن این رمزها با استفاده از کامپیوترهای معمولی امروزی ممکن است هزاران سال طول بکشد زیرا کارکرد آن‌ها بر پایه انجام یک عمل پس از دیگری به کمک بیت‌های صفر و یک است. این الگوی کارکرد در رایانه‌های کوانتومی دچار تغییر انقلابی شده است؛ آن‌ها می‌توانند مجموعه‌ای از هزاران عمل را همزمان با کمک کبیت‌ها (qubit) انجام دهند. این مکانیسم بر پایه اصل برهم‌نهی (superposition) فیزیک کوانتوم است. به بیان ساده‌تر، کبیت می‌تواند در هر زمان هم صفر باشد هم یک. با داشتن حجم کافی از کبیت‌ها یک کامپیوتر کوانتومی می‌تواند سیستم‌های رمزنگاری امروزی را در چند دقیقه یا حتی چند ثانیه بشکند.

چندی پیش ادوارد اسنودن، کارمند سابق نهادهای اطلاعاتی آمریکا، افشا کرد که ۸۰ میلیون دلار از بودجه سازمان ملی امنیت آمریکا برای پروژه‌ای به نام «ورود به اهداف سخت» و انجام پژوهش به منظور ساخت یک کامپیوتر کوانتومی اختصاص یافته است. اگرچه سازمان NSA هم مانند بسیاری دیگر تا حداقل یک دهه آینده به چنین سیستمی دسترسی نخواهد داشت، به هر حال خبرهایی از این دست سبب نگرانی‌هایی در مورد امنیت سایبری و سیستم‌های رمزنگاری می‌شود و می‌توان حدس زد که در گوشه و کنار دنیا سازمان‌ها یا افرادی به دنبال دسترسی سریع‌تر به این نوع سیستم رایانه‌ای هستند.

برخی دانشمندان شک دارند که کامپیوترهای کوانتومی به اندازه کافی قدرتمند باشند و معتقدند توانایی به خطر انداختن امنیت سیستم‌های امروزی هیچ‌گاه به دست نمی‌آید. البته نه به علت این‌که در این زمینه تلاش نمی‌شود بلکه دلیل آن جنبه‌های مثبت این فناوری آینده است. ابزارآلات کوانتومی می‌توانند اطلاعات را به روش‌هایی جدید پروسه کرده و مشکلات را موثرتر و سریع‌تر حل کنند؛ تهیه داروهای جدید یا پیش‌بینی بهتر الگوهای هواشناسی همه از نتایج استفاده از این تکنولوژی هستند. دولت‌های مسئول به بهبود وضعیت کشورشان با کمک رایانه‌های کوانتومی هم علاقه‌مند خواهند بود. رقابت بین اقتصادها سبب می‌شود آن‌ها دست روی دست نگذارند تا دیگران از مزایای کامپیوترهای کوانتومی کمال استفاده را ببرند.

به هر روی، نگرانی‌ها بابت امکان شکسته شدن سیستم‌های رمزنگاری‌ علاقه به پژوهش را در دو زمینه توسعه داده است: اول سیستم رمزنگاری کوانتومی که جایگزین مکانیسم‌های ساده امروزی می‌شود و دوم نوعی روش جدید برای کدگذاری داده‌ها بر اساس مسائل ریاضی که به اندازه کافی پیچیده‌اند و حتی کامپیوترهای کوانتومی هم قادر به رمزگشایی آن‌ها نخواهند بود.

جهش کوانتومی

سیستم رمزنگاری کوانتومی از مفاهیم پژوهشی به واقعیت تجاری تبدیل شده است. حدود یک سال پیش یک موسسه غیرانتفاعی تحقیقی به نام بتل (Battelle) را با همکاری یک شرکت امنیت سایبری سوییسی به نام
ID Quantique (اولین شبکه تجاری غیرقابل هک در آمریکا) انجام دادند. برای اتصال دفتر مرکزی موسسه بتل در کلمبوس ایالت اوهایو به یک دفتر دیگر در دوبلین همان ایالت شبکه‌ای به کمک سیستم رمزنگاری QKD (quantum key distribution) ابداع شد. اساس کارکرد در این سیستم به صورتی است که اگر فعالیتی برای هک و نفوذ به آن انجام گیرد، الگوی کلیدها تغییر می‌یابد و به کل سیستم اخطار داده می‌شود. به این مثال ساده‌تر توجه کنید. تصور کنید آلیس تصمیم می‌گیرد برای باب اطلاعاتی را بفرستد.

کامپیوتر آلیس به کمک لیزر فوتون‌هایی را به سمت کابل داده شلیک می‌کند. قبل از انتقال، این فوتون‌ها از دو فیلتر می‌گذرند. چهار حالت از دیدگاه قطبیت وجود خواهد داشت که نیمی به معنای یک و نیم دیگر صفر خواهند بود. کامپیوتر باب قطبیت فوتون‌‌ها را پس از گذر آن‌ها از فیلترهایی یکسان اندازه‌گیری می‌کند. هر فیلتر فقط به نیمی از فوتون‌های قطبی اجازه عبور می‌دهد. با ارتباط بین دو کامپیوتر، تجهیزات باب و آلیس می‌دانند که از کدام فیلترها استفاده می‌کنند در نتیجه کامپیوتر باب فوتون‌هایی را دریافت می‌کند بدون این‌که قطبیت آن‌ها را اعلام کرده باشد. به این ترتیب، نوعی سیستم منحصر به فرد بین این دو کامپیوتر شکل می‌گیرد که منحصر به آن دو و در همان زمان است.

اگر در بین راه نفر سومی سعی کند به فوتون‌ها و کلید آن‌ها دسترسی یابد، قوانین فیزیک کوانتوم نقشه‌های او را از بین می‌برند. قطبیت فوتون‌های ارسالی از کامپیوتر آلیس تا زمانی که باب آن‌ها را دریافت نکرده است، روشن نیست. دستیابی به این فوتون‌ها در وسط راه سبب ایجاد خطا و تغییر الگوی کلید مشترک می‌شود و به این ترتیب وجود هک هم شناسایی می‌شود. این سیستم‌ها گران‌قیمتند؛ حدود ۵۰ درصد بیشتر از روش‌های متداول. مشتریان اولیه این سیستم بانک‌ها و سازمان‌های دولتی هستند اما در نهایت با بزرگ‌تر شدن بازار و همه‌گیری آن، قیمت کاهش می‌یابد در نتیجه کاربران خانگی هم در آینده نزدیک از چنین سیستم‌هایی استفاده خواهند کرد.

رمزنگاری ۰/۲

همراه با سیستم QKD چهار متد دیگر هم به عنوان جایگزین‌ سیستم‌های RSA و ECC برای ایجاد امنیت سایبری مطرح شده‌اند. این روش‌های پساکوانتومی برای به رمز درآوردن داده‌ها در کامپیوترهای کوانتومی به اندازه سیستم‌های کنونی برای رایانه‌های متداول پیچیده و رمزگشایی آن‌ها به روش مشابه به سال‌ها زمان نیازمند است. روش رمزنگاری اول بر پایه یافتن نقطه‌ای در نزدیک‌ترین فاصله با یک نقطه مشخص در یک شبکه یا مجموعه‌ای از نقاط در یک فضاست. روش دوم از تئوری‌های خطا و تصحیح برای ایجاد کلیدهای عمومی استفاده می‌کند؛ یک دریافت‌کننده کدی را در اختیار دارد که مجموعه بزرگی از خطاهای عمدی را برای نامفهوم شدن داده‌ها در یک رشته ارائه می‌دهد، داده‌ها را تصحیح و داده صحیح را استخراج می‌کند. در روش سوم از محاسبات چندمتغیره که بر اساس تعدادی معادله دشوار جبری حل می‌شود برای رمزنگاری بهره گرفته می‌شود. در روش چهارم نیز از کلید‌های کوتاه عمومی و خصوصی و رشته‌های بلند بیت استفاده می‌شود.

محقق شدن این سیستم‌های جدید رمزنگاری زمان می‌برد و مقایسه بین آن‌ها برای یافتن بهترین و مطمئن‌ترین راه به پژوهش‌های بیشتر نیازمند است. به علاوه، چالش معرفی سیستم‌های جدید و پیکربندی مجدد دستگاه‌ها برای کار با آن‌ها هم خود قسمتی از کار است. شرکت‌ها ممکن است تا زمانی که کامپیوترهای کوانتومی به صورت مفهومی – و نه واقعی – باشند، از به‌روزرسانی ابزارآلات خود طفره بروند. اما به هر حال کار از محکم‌کاری عیب نمی‌کند. تقویت امنیت دیجیتال با استفاده از روش‌های جدیدتر و امن‌تر رمزنگاری امری واجب است که به سود همگان تمام خواهد شد.

لینک خبر

منبع: ماهنامه دانش بنیان