رمزنگاری کوانتومی – تاثیرات محاسبات کوانتومی بر امنیت

شاید قبلا در مورد تهدیدات فاجعه‌بار و غیرقابل انکاری که محاسبات کوانتومی برای سیستم  امنیتی سنتی ما ایجاد می‌کند، شنیده باشید. تهدیداتی که منجر به سقوط جهانی در اقتصاد دیجیتال و پایان بالقوه جهان آنگونه که ما می‌شناسیم، می‌شود. اما آیا می‌دانستید که رمزنگاری کوانتومی (QC) نه تنها می‌تواند تهدید کوانتومی را حل کند، بلکه به طور بالقوه بلاک‌‎چین را به سطح کاملا جدیدی می‌رساند؟

در سال 2016، NIST یک رقابت آزاد را برای الگوریتم‌های ایمن کوانتومی آغاز کرد که امنیت اطلاعات را در برابر حملات کوانتومی ممکن می‌سازد. از آن زمان تاکنون بسیاری از شرکت‌های فناوری اطلاعات به این مسابقه پیوستند و در همین مسیر شروع به تجاری‌سازی رمزنگاری پسا‌کوانتومی Post Quantum Cryptography (PQC) کرده‌اند.

از سوی دیگر، مطالعات نشان می‌دهد که PQC یک راه حل با دوام نیست و سیستم رمزگذاری مبتنی بر مکانیک کوانتومی، تنها یک پیشنهاد و آغاز این مسیر است. اجازه دهید تا برای درک بهتر این مفاهیم، و چگونگی کمک رمزنگاری کوانتومی به بلاک‌چین؛ در ادامه کمی بیشتر در مورد آن صحبت کنیم.

رمزنگاری کوانتومی

رمزنگاری کوانتومی در حقیقت نوعی از فناوری اطلاعات مبتنی بر علوم کوانتومی است که در آن سیستم‌های رمزنگاری بر اساس اصول مکانیک کوانتومی به جای یک مسئله پیچیده ریاضی مانند آنچه توسط RSA، Diffie-Hellman و ECC استفاده می‌شود، توسعه می‌یابند. این مدل رمزنگاری روشی جایگزین برای PQC به منظور مقابله با تهدیداتی است که یک کامپیوتر کوانتومی کاملا رشدیافته می‌تواند با ارائه امنیت بدون شرط یا امنیت تئوری اطلاعات ایجاد کند. رمزنگاری پساکوانتومی به عنوان رمزنگاری کوانتومی ایمن یا ارتجاع کوانتومی نیز شناخته می‌شود.

PQC از الگوریتم‌های کلاسیک استفاده می‌کند.

دلیل این کار این است که بتواند در برابر تهدیدات کوانتومی و کلاسیک سیستم‌های امنیتی ما مقاوم باشد، اما بسیاری از محققان معتقدند که تمام این تلاش‌ها موقتی است و تنها مسئله زمان است که پیشرفت در محاسبات کوانتومی یا نظریه اعداد را جایگزین آن خواهد کرد. این غیرقابل دوام بودن PQC نیاز قریب الوقوع به رمزنگاری کوانتومی را تحریک می‌کند.

استفاده از اصول کوانتومی مانند اصل عدم قطعیت، درهم تنیدگی، حالت‌های کوانتومی غیرمتعامد و غیره؛ برای توسعه الگوریتم‌ها و طرح‌ها، رمزنگاری کوانتومی را بر روی کاغذ غیرقابل شکست جلوه می‌دهد. از نظر تئوری؛ تنها مسئله امنیت اطلاعات که ایجاد نگرانی می‌کند، در مورد عدم سازگاری احتمالی رمزنگاری کوانتومی با زیرساخت‌های کلاسیک ما مانند اجماع با سایر پروتکل‌ها است.

بلاک‌چین کوانتومی

در حالی که بلاک‌چین انقلاب دیجیتالی کنونی را رقم زده است، تخمین‌ها پیش‌بینی می‌کنند که ما در چند دهه آینده یک کامپیوتر کوانتومی کاربردی توسعه خواهیم داد. برای انطباق با این پیشرفت‌ها در زمینه کوانتومی و بلاک‌چین، محققان و کارشناسان صنعت مدتی است که بر روی چهارچوب بلاک‌چین کوانتومی مبتنی بر رمزنگاری کوانتومی کار می‌کنند.

پیش‌تر بسیار در ارتباط با بلاک‌چین و نحوه عملکرد آن صحبت کرده‌ایم، اما بلاک‌چین کوانتومی چیست؟ بلاک‌چین کوانتومی یک مدل از معماری DLT است که بر اساس توزیع کلید کوانتومی (QKD) Quantum Key Distribution و دیگر طرح‌های رمزنگاری کوانتومی است.

برای درک بیشتر مفاهیم بلاکچین، پیشنهاد میکنیم به صورت رایگان در دوره مقدماتی آموزش بلاکچین و رمز ارزها شرکت کنید.

توزیع کلید کوانتومی

توزیع کلید کوانتومی یک روش رمزنگاری کوانتومی است که برای تولید و توزیع امن کلیدهای مخفی و با استفاده از قوانین مکانیک کوانتومی استفاده می‌شود. بلاک‌چین روی کاغذ بسیار ایمن است، اما تهدیدات بر علیه آن هم از سوی هکرها و هم از سوی قوانین کوانتومی هنوز یک مشکل بزرگ محسوب می‌شود. بنابراین، QKD قصد دارد تا با ارائه یک سیستم رمزنگاری جدید، امنیت تئوری اطلاعاتی را ایجاد کند که بهتر از سیستم‌های فعلی و معمولی ما باشد. پروتکل‌های QKD به طور کلی مبتنی بر متغیر گسسته (DV) و متغیر پیوسته (CV) هستند.

DV-QKD اطلاعات روی یک فوتون منفرد را برای انتقال اطلاعات رمزگذاری می‌کند، در حالی که CV-QKD اطلاعات مربوط به دامنه و یک‌چهارم فاز پرتوی فوتون را رمزگذاری می‌کند. تفاوت‌های بین QKD مبتنی بر DV و CV نیز ناشی از تکنیک‌های تشخیص و کارایی آن است که البته توضیح تخصصی‌ در مورد آن؛ موضوع بحث این مقاله نیست.

برای ایجاد موفقیت آمیز شبکه‌های مبتنی بر QKD، علاوه بر مسائل ناهماهنگی، مشکلات مربوط به تله پورت کوانتومی نیز باید برطرف شود. این به آن دلیل است که بیت‌های اطلاعات کوانتومی به دلیل قضیه عدم شبیه‌سازی نمی‌توانند در فواصل طولانی منتقل شوند، آنها را تنها می‌توان از راه دور از یک مکان به مکان دیگر منتقل کرد. در بلاک‌چین کوانتومی، QKD پروتکل کلیدی است که همه تراکنش‌ها را تایید می‌کند.

در حال حاضر، یک پروتکل رمزنگاری کوانتومی کاربردی که می‌تواند به نرخ‌های کلیدی نسبتا بالایی در فواصل طولانی دست یابد، دو چالش را مطرح می‌کند:

• توزیع کلید کوانتومی کاملا مستقل از یک دستگاه در همه زمینه‌ها ایمن است اما نرخ‌های کلیدی بسیار پایینی دارد.
• یک QKD کاربردی‌تر نیاز به سطحی از اعتماد به منبع و دستگاه اندازه‌گیری دارد که آن را در برابر حملات کانال جانبی آسیب‌پذیر می‌کند.

اینترنت کوانتومی

در حالی که هنوز بحث و جدل پیرامون برتری دامنه‌های کوانتومی جریان دارد، حوزه اطلاعات کوانتومی پیشرفت کرده است. شرکت‌هایی مانند ID Quantique، سامسونگ و بسیاری دیگر؛ رمزنگاری کوانتومی را تجاری کرده‌اند و برای دنیای پساکوانتومی آماده می‌شوند تا پایه‌های عصر کوانتومی را پی‌ریزی کنند. فراتر از QKD، رمزنگاری کوانتومی دارای کاربردهایی مانند امضای دیجیتال کوانتومی، تولید کننده اعداد تصادفی کوانتومی، قفل داده‌های کوانتومی و غیره است که همگی به صورت تجمعی، اینترنت کوانتومی یا بلاک‌چین کوانتومی را تشکیل می‌دهند.

اجماع

رمزنگاری کوانتومی دامنه‌ای با محدودیت‌های منحصر بفرد و در حال پیشرفت است، اما اگر یک مزیت مطلق نسبت به سیستم رمزنگاری معمولی داشته باشد، در نهایت به امنیت و کارایی ختم می‌شود. امنیت و کارایی دو مورد از انتقادات فنی اصلی در بلاک‌چین هستند.

کامپیوترهای کوانتومی به دلیل اصل برهم نهی که منجر به محاسبات سریع‌تر می‌شود، قادر به محاسبات موازی هستند، و همچنین راهی مطمئن برای توزیع کلیدهای مخفی محسوب می‌شوند. همانطور که قبلا گفته شد، راه حل قطعی برای بلاک‌چین ایمن کوانتومی در تحقیقات بیشتر نهفته است تا بتواند به ما یک چهارچوب عملگرایانه از یک سیستم رمزنگاری امن، مقیاس‌پذیر و کارآمد را ارائه کند.