محاسبات کوانتومی چگونه امنیت سایبری را تغییر خواهد داد؟

خوشبختانه، زمان کافی برای آماده شدن در مقابل تهدید کامپیوترهای کوانتومی وجود دارد. به عنوان مثال، با استفاده از محصولات امنیتی مبتنی بر رمزنگاری کوانتومی می‌توان از خط این سیستم‌های پر سرعت در امان بود. این محصولات می‌توانند از داده‌های حساس امروز شما محافظت کنند و در آینده در برابر حملات رایانه‌های کوانتومی نیز محافظ اطلاعات شما باشند.

زیرا اولین کامپیوتر کوانتومی تجاری موجود D-Wave در زمان تحویل در سال ۲۰۱۷، حدود ۱۵ میلیون دلار قیمت داشت. البته به مرور قیمت‌ها کاهش می‌یابد، اما این احتمال وجود دارد که شرکت‌ها و کشورهای بزرگی مشتری این سیستم‌ها شوند که برای سال‌های آینده دارای QPU هستند. با این حال، همه آن کشورها، چنین سیستم‌هایی را برای منافع خود می‌خواهند، پس خطر این فناوری در آینده نزدیک، بیشتر خواهد شد.

پردازنده‌های «quantum annealing» از D-Wave با حداکثر ۵۷۶۰ کیوبیت وجود دارد، اما اینها به مجموعه محدودی از نتایج ممکن نیاز دارند و نمی‌توانند الگوریتم Shor را که برای شکستن رمزگذاری لازم است اجرا کنند. با این حال، توسعه این دستگاه‌ها رو به جلو است. Xanadu قصد دارد یک پردازنده کوانتومی ۲۱۶ کوبیتی به نام Borealis را در سال ۲۰۲۲ عرضه کند و IBM قصد دارد در سال ۲۰۲۲ با Osprey به قدرت ۴۳۳ کیوبیت و با Condor در سال ۲۰۲۳ به ۱۱۲۱ کیوبیت برسد.

اما یک مشکل جانبی بسیار مهم هم وجود دارد. این مشکل چیزی نیست جز اینکه رمزگذاری‌هایی که شکستن آن با رایانه‌های معمولی هزاران سال طول می‌کشید، اکنون می‌توان آن‌ها را در عرض چند دقیقه یا حتی چند ثانیه با یک کامپویتر کوانتومی انجام داد. معنای امروزی این است که هکرها و مهاجمان در حال حاضر می‌توانند داده‌ها را ذخیره کنند و در سال‌های آینده با یک کامپیوتر کوانتومی به آن‌ها حمله کنند. برخی از داده‌های تجاری و شخصی در آینده بسیار حساس باقی خواهند ماند. بنابراین، برای مقاومت در برابر حملات محاسباتی کوانتومی، ارزش محافظت از داده‌ها بسیار مهم است.

با اعمال ریاضیات، این درهم تنیدگی در یک الگوریتم و مسائل پیچیده را می‌توان اساسا در یک عملیات ساده‌تر حل کرد. از یک طرف، این می‌تواند برای علوم مختلف بسیار دشوار مانند پیش‌بینی فعل و انفعالات چند ذره در یک واکنش شیمیایی یا ایجاد کدهای امنیتی که شکستن آن‌ها بسیار دشوارتر از کدهای فعلی است، استفاده شود. اما برعکس، می‌توان از آن‌ها برای شکستن کدهای موجود استفاده کرد که انجام این کار با فناوری رایانه‌ای فعلی غیرممکن است، زیرا می‌توانند راه‌حل‌های زیادی را به طور همزمان اجرا کنند.

این حالت‌ها که به عنوان کیوبیت شناخته می‌شوند، ویژگی‌های تعریف‌ نشده یک جسم قبل از تشخیص آن هستند، مانند قطبش یک فوتون یا اسپین یک الکترون. از آنجایی که این حالت‌های کوانتومی قبل از اندازه‌ گیری موقعیت مشخصی ندارند، به جای دو موقعیت، موقعیت‌های مختلف ممکن را به طور همزمان با هم مخلوط می‌کنند. با این حال، علی‌رغم اینکه تا زمانی که نتیجه اندازه‌ گیری نشده است، این حالت‌های ترکیبی را می‌توان با حالت‌های دیگر اشیاء به روش ریاضی مرتبط درهم کرد.

الگوریتم‌های رمزگذاری کنونی از فاکتورسازی اعداد صحیح، لگاریتم‌های گسسته یا لگاریتم‌های گسسته با منحنی بیضوی استفاده می‌کنند که الگوریتم Shor با استفاده از یک کامپیوتر کوانتومی می‌تواند همه آن‌ها را به سادگی شکست دهد. رمزنگاری کوانتومی محور به رویکردهای جایگزینی اطلاق می‌شود که در برابر محاسبات کوانتومی آسیب‌پذیر نیستند.

پردازنده‌های گرافیکی ساده‌تر از پردازنده‌ها هستند، اما دارای واحدهای متوالی نیز هستند، البته با موازی‌ سازی پردازش اطلاعات بسیار سریع‌تر عمل می‌کنند.محاسبات سنتی همچنین با بیت‌ها کار می‌کند که دارای دو حالت هستند و معمولا به صورت ۰ و ۱ نشان داده می‌شوند. ورودی یک حالت خواهد بود و پس از عملیات خروجی همان حالت یا یک حالت دیگر خواهد بود.

همانطور که فرآیندها پیچیده‌تر می‌شوند و احتمالات بیشتری برای محاسبه وجود دارد، تقسیم آن‌ها به محاسبات متوالی و فردی می‌تواند به این معنی باشد که آن‌ها بسیار فراتر از قابلیت‌های معماری‌های فعلی پردازنده‌ها هستند. اما کامپیوترهای کوانتومی اینگونه کار نمی‌کنند. یک کامپیوتر کوانتومی به جای اینکه تعداد زیادی هسته محاسباتی را به صورت موازی و جداگانه برای اجرای هر عملیات متوالی روی تک تک بیت‌ها به کار گیرد، بر روی احتمال وضعیت یک جسم قبل از اندازه گیری آن کار می‌کند.

افزایش امنیت سایبری در برابر محاسبات کوانتومی

خبر خوب این است که ما هنوز در این مرحله حضور نداریم. در حالی که ۴۰۹۹ کیوبیت، به اندازه پردازنده‌های ۶۴ هسته‌ای که بیش از ۳ میلیارد عملیات را در ثانیه (در هر هسته) انجام می‌دهند زیاد به نظر نمی‌رسد، اما هنوز از قوی‌ترین کامپیوتر کوانتومی فعلی بیشتر است. IBM’s Eagle که در پایان سال ۲۰۲۱ رونمایی شد، تنها ۱۲۷ کیوبیت قدرت پردازش دارد. Sycamore گوگل فقط ۵۳ کیوبیت  و کامپیوتر کوانتومی دانشگاه علم و صنعت جیوژانگ چین نیز ۷۶ کوبیت قدرت دارد و اکثر پردازنده‌های کوانتومی (QPU) کمتر از ۵۰ کیوبیت توان پردازش دارند.

بنابراین اگرچه رمزگذاری سنتی در حال حاضر ایمن باقی می‌ماند، اما اینطور نخواهد بود. لازم به ذکر است که شرکت IBM، کامپیوتر کوانتومی دیگری با توان ۴۱۵۸ کیوبیت را تا سال ۲۰۲۵ هدف گذاری کرده است و این احتمال را می‌دهد که شکستن RSA 2048 بیتی تقریبا در زمان واقعی قبل از سال ۲۰۳۰ امکان پذیر باشد. در واقع این آخرین سالی است که NIST در ابتدا تصور می‌کرد هنوز امن است. بنابراین ممکن است تا سال ۲۰۳۰ نتوانید به راحتی یک کامپیوتر رومیزی با محاسبات کوانتومی بخرید.

سرعت کامپیوترهای کوانتومی فعلی چقدر است؟

محاسبات کوانتومی پتانسیل عظیمی برای متحول کردن سرعت ما در انجام محاسبات دارد. مانند توسعه هر فناوری جدید، این فناوری نیز پیامدهای خوب و بد دارد. اما اکنون که می‌دانیم در آینده‌ای نه چندان دور چه چیزی در انتظار امنیت سایبری است، حداقل می‌توانیم خود را آماده کنیم تا پتانسیل سودمند محاسبات کوانتومی بر احتمالات پلیدتر آن غالب شود. نظر شما کاربران ictnn درباره محاسبات کوانتومی و وضعیت آینده امنیت سایبری چیست؟!