چگونه محاسبات کوانتومی می تواند امنیت سایبری را تغییر دهد

جهش عظیم در محاسبات عملکرد از محاسبات کوانتومی تهدیدی برای امنیت سنتی است ، اما اقداماتی وجود دارد که می توانید برای محافظت در برابر آینده کوانتومی انجام دهید

محاسبات کوانتومی هنوز مانند قلمرو داستان های علمی به نظر می رسد. وعده این است که محاسبات کوانتومی می تواند بیش از صد میلیون بار سریعتر از سریعترین ابر رایانه فعلی محاسبات را انجام دهد. این امر پیامدهای بسیار مثبتی برای حل مشکلات بزرگ در علم خواهد داشت.

اما این یک اثر جانبی تاریک تر دارد: رمزگذاری که هزاران سال طول می کشد تا با رایانه های معمولی شکایت کند ، می تواند در عرض چند دقیقه - یا حتی ثانیه - ارسال شود. پیامدهای امروز این است که مخالفان در حال حاضر قادر به جمع آوری و ذخیره داده ها هستند که می توانند در سالهای آینده با یک کامپیوتر کوانتومی حمله کنند. برخی از داده های تجاری و شخصی بسیار حساس به آینده خواهند بود. بنابراین ، برای مقاومت در برابر حملات محاسباتی کوانتومی ، ارزش افزودن داده های آینده را دارد.

محاسبات کوانتومی چگونه کار می کند

افزایش عملکرد محاسبات کوانتومی در مقایسه با ماشین های موجود "فون نویمان" آن جهشی عظیم است که می توان به راحتی بخاطر عدم اعتقاد واقعی آن بخشید. اما سرعت یک محصول جانبی است که چگونه محاسبات کوانتومی کار می کند ، که به طور قابل توجهی متفاوت است. تراشه های رایانه ای سنتی هنوز در حول مفهوم محاسباتی ابداع شده توسط جان فون نویمان مستقر شده و در سال 1945 منتشر شده است. در این سیستم ، هر عملیاتی به صورت متوالی انجام می شود ، با خواندن از دستگاه ورودی ، بر روی منطقی کار کرده و سپس دوباره به ذخیره سازی باز می گردد.

حتی ابر رایانه های موازی به این روش عمل می کنند. اگر آنها به طور همزمان هزاران عمل را انجام دهند ، هر کدام هنوز هم به طور متوالی توسط هسته CPU اجرا می شوند. GPU ها ساده تر از CPU هستند ، اما آنها شامل واحدهای متوالی نیز هستند ، البته با موازی سازی بسیار بیشتر واحدهای بیشتری. محاسبات سنتی همچنین با بیت ها کار می کند ، که دارای دو حالت هستند - معمولاً به عنوان 0 و 1 نشان داده می شوند. ورودی یک حالت خواهد بود و پس از بهره برداری خروجی یکسان یا حالت دیگر خواهد بود. هرچه مشکلات پیچیده تر می شوند ، با امکانات بیشتر برای محاسبه ، شکستن این موارد به محاسبات متوالی فردی می تواند به معنای فراتر از قابلیت های معماری های فعلی باشد.

این نحوه کار رایانه های کوانتومی نیست. یک کامپیوتر کوانتومی به جای اینکه تعداد زیادی هسته محاسباتی فردی را برای اجرای عملیات پی در پی روی بیت های منفرد به صورت موازی انجام دهد ، قبل از اندازه گیری ، بر روی احتمال وضعیت یک شی کار می کند. این حالت ها به عنوان quit ، خواص مشخصی از یک شی قبل از تشخیص ، مانند قطبش یک فوتون یا چرخش یک الکترون هستند. از آنجا که این کشورهای کوانتومی قبل از اندازه گیری موقعیت روشنی ندارند ، آنها بسیاری از موقعیت های مختلف ممکن را به طور همزمان مخلوط می کنند ، نه فقط دو.

با این حال ، علیرغم عدم تعریف تا زمان اندازه گیری ، این حالت های مختلط می توانند با روش های دیگر به صورت ریاضی ، با سایر اشیاء درگیر شوند. با استفاده از ریاضیات این درهم و برهم در یک الگوریتم ، مشکلات پیچیده را می توان در یک عملیات حل کرد. از یک طرف ، این می تواند برای علم بسیار دشواری مانند پیش بینی تعامل چند ذرات در یک واکنش شیمیایی یا ایجاد کدهای امنیتی استفاده شود که شکستن آن بسیار دشوارتر از موارد فعلی است. برعکس ، از آنها همچنین می توان برای شکستن کدهای موجود استفاده کرد که نقض آن با فناوری رایانه فعلی غیرممکن بود ، زیرا می توانند به طور همزمان بسیاری از راه حل های ممکن را اجرا کنند.

با چشم انداز این ، یک رایانه معمولی حدود 300 تریلیون سال-22000 برابر سن جهان طول می کشد-برای شکستن رمزگذاری RSA 2،048 بیتی همه جا. اما یک رایانه کوانتومی با 4،099 Qubits فقط به 10 ثانیه نیاز دارد ، با استفاده از الگوریتم Shor ، که برای یافتن عوامل اصلی یک عدد صحیح مورد استفاده در کلیدهای رمزگذاری طراحی شده است. واضح است که برای بسیاری از اشکال رمزنگاری خطری وجود دارد. به عنوان مثال ، SSL و TL های همه جا که برای رمزگذاری اتصالات وب استفاده می شود ، از کلیدهای RSA 2،048 بیتی استفاده می کنند و بنابراین در معرض نقض یک رایانه کوانتومی قرار می گیرند.

رایانه های کوانتومی فعلی چقدر سریع هستند؟

خبر خوب این است که ما هنوز در این مرحله نبودیم. در حالی که 4،099 Qubits به نظر نمی رسد خیلی زیاد به نظر نمی رسد وقتی که اکنون 64 پردازنده 64 هسته ای داریم که بیش از 3 میلیارد عمل در هر هسته در هر هسته انجام می دهند ، اما هنوز هم بیشتر از قدرتمندترین رایانه کوانتومی فعلی است. عقاب IBM ، که در اواخر سال 2021 رونمایی شد ، فقط 127 qubits دارد. Sycamore Google تنها 53 qubits دارد ، دانشگاه علوم و فناوری Jiuzhang چین دارای 76 مکعب است و بیشتر پردازنده های کوانتومی (QPU) کمتر از 50 qubits دارند. پردازنده های "بازپرداخت کوانتومی" از D-Wave با حداکثر 5،760 Qubits وجود دارد ، اما اینها به مجموعه محدودی از نتایج احتمالی نیاز دارند و نمی توانند الگوریتم SHOR مورد نیاز برای شکستن رمزگذاری را اجرا کنند.

با این حال ، توسعه به جلو پیش می رود. Xanadu قصد دارد در سال 2022 یک QPU 216 با کمیته به نام Borealis را راه اندازی کند ، و IBM قصد دارد در سال 2022 با Osprey به 433 Qubits ضربه بزند ، و به دنبال آن 1،121 QUBITS با CONDOR در سال 2023. بنابراین در حالی که رمزگذاری سنتی برای هم اکنون ایمن باقی نمی ماندخیلی طولانی تربه عنوان مثال ، نقشه راه IBM هدف 4158 qubits تا سال 2025 است ، و این احتمال وجود دارد که ترک خوردگی RSA 2،048 بیتی به طور واقعی در زمان واقعی قبل از سال 2030 امکان پذیر باشد ، که سال آخر است که NIST در اصل آن را دریافت کرد. ممکن است شما نتوانید تا سال 2030 به بیرون بروید و یک رایانه رومیزی محاسباتی کوانتومی بخرید-اولین کامپیوتر کوانتومی تجاری D-Wave در هنگام ارسال در سال 2017 15 میلیون دلار هزینه دارد. قیمت ها کاهش می یابد ، اما فقط احتمالاً شرکت ها و کشورهای بزرگ هستنداین QPU برای سالهای آینده است. با این حال ، همه این کشورها بهترین منافع ما را با قلب نخواهند داشت ، بنابراین خطر در حال افزایش است.

سخت شدن امنیت سایبری در برابر محاسبات کوانتومی

خوشبختانه ، زمان آماده شدن برای تهدید وجود دارد. به عنوان مثال ، با استفاده از محصولات امنیتی مبتنی بر رمزنگاری پس از کوارتوم. این محصولات می توانند از داده های حساس امروز شما محافظت کنند و آن را در برابر حملات رایانه های کوانتومی ضد آب کنند.

الگوریتم های رمزگذاری فعلی از فاکتوریتاسیون عدد صحیح ، لگاریتم های گسسته یا لگاریتم های گسسته بیضوی استفاده می کنند ، که همه الگوریتم Shor می توانند با استفاده از یک رایانه کوانتومی شکست دهند. رمزنگاری پس از کوارتوم به رویکردهای جایگزین سوئیچ می شود که در برابر محاسبات کوانتومی آسیب پذیر نیستند. تحقیقات هنوز در نوزادی خود بر اساس شش روش اصلی است ، اما در حال حاضر محصولاتی وجود دارد که از این فناوری استفاده می کنند. یک مثال QST-VPN است که بر اساس کتابخانه OpenVPN اما با الگوریتم های ایمن پس از کوارتوم که از داده های کاربر محافظت می کنند ، است. نرم افزار سرور از طریق AWS Cloud ، با مشتری برای ویندوز ، MACOS و طیف گسترده ای از توزیع های لینوکس ارائه شده است و فرصتی را برای مشاغل فراهم می کند تا بتوانند امنیت خود را در حال حاضر شروع کنند و نه بعد از اینکه اسب کوانتومی پیچیده شد.

محاسبات کوانتومی پتانسیل گسترده ای برای انقلابی در سرعت انجام محاسبات دارد. مانند هر پیشرفت فناوری جدید ، این پیامدهای خوب و بد است. اما اکنون که می دانیم چه چیزی برای امنیت سایبری ذخیره شده است-در آینده ای نه چندان دور-حداقل می توانیم آماده شویم ، به طوری که پتانسیل مفید محاسبات کوانتومی بر امکانات ناشایست غالب است.

دریافت خرید در سطح هیئت مدیره برای استراتژی امنیتی

چرا امنیت سایبری باید یک مسئله در سطح هیئت مدیره باشد

دانلود رایگان

گزارش معیار اکوسیستم فناوری

تکامل صنعت فناوری اطلاعات

دانلود رایگان

آیا نمی توانید بین ابر عمومی و خصوصی انتخاب کنید؟شما مجبور نیستید با IAAS

از یک تجربه ابر مانند زیرساخت های داخلی لذت ببرید

دانلود رایگان

چگونه سازمانها با فناوری دیجیتال پیشرو ، توانمندسازی و نتایج کسب و کار کارمندان را هدایت می کنند

آنچه می توانید با یک رویکرد پیشرو در کار دیجیتال به دست بیاورید

دانلود رایگان