تشفير الكم ثورة في أمان المعلومات الحديثة
ابتكر تشارلز بينيت وجيل براسارد طريقة ثورية للتشفير الكمي، تضمن أمان المعلومات ضد التهديدات المستقبلية. تعرف على كيفية استخدام الفوتونات لحماية الأسرار من التنصت، وتأثير ذلك على أمن الإنترنت في خَبَرَيْن.
مقدمة حول التشفير الكمي وجائزة تورينغ
قبل سنوات من ظهور رسائل البريد الإلكتروني، والخدمات المصرفية عبر الإنترنت، والخوادم السحابية، ومحافظ العملات المشفرة، ابتكر عالمان طريقة للحفاظ على الأسرار آمنة تمامًا وغير قابلة للفك من قبل الغرباء المتنصتين.
اعتمد عملهما في عام 1984 على عالم فيزياء الكم الخفي وغير البديهي الذي يحكم الطريقة التي يعمل بها العالم على أصغر نطاق دون ذري، بدلاً من الشفرات الرياضية المعقدة ولكن القابلة للكسر نظرياً لتأمين البيانات.
ومنذ ذلك الحين، أحدثت رؤى تشارلز بينيت، وهو فيزيائي أمريكي زميل في شركة آي بي إم للأبحاث، وجيل براسارد، وهو عالم كمبيوتر كندي وأستاذ في جامعة مونتريال، تحولاً في علم التشفير والحوسبة. وقد حصل الثنائي على جائزة A.M. Turing يوم الأربعاء عن عملهما الرائد في مجال التشفير الكمي للمفاتيح. سُميت الجائزة على اسم عالم الرياضيات الراحل ومخترق الشفرات في زمن الحرب آلان ماثيسون تورينغ، الذي وضع الأسس الرياضية للحوسبة، ويعتبر هذا التكريم على نطاق واسع جائزة نوبل لعلوم الحاسوب.
أهمية التشفير في العصر الرقمي
"التشفير هو ركيزة أساسية للاقتصاد العالمي وسلامتنا وأمننا وسيادتنا. إنه حقًا السباكة الخلفية غير المرئية"، قال ميشيل موسكا، الشريك المؤسس والرئيس التنفيذي لشركة الأمن السيبراني evolutionQ والأستاذ في معهد الحوسبة الكمية في جامعة واترلو في أونتاريو. وقال إنه من "الرائع" أن يفوز بينيت وبراسارد بالجائزة، التي تأتي مع جائزة قدرها مليون دولار.
لقد كافح بينيت وبراسارد في البداية من أجل أن يؤخذ عملهما على محمل الجد، ولكن منذ ذلك الحين اكتسب الأمر أهمية أكبر. يخشى خبراء الأمن مما يُعرف بـ "يوم كيو" أو اليوم الكمي: وهو تطوير حاسوب كمي قوي بما يكفي لاختراق مفاتيح التشفير الرياضية، مثل RSA، التي تحافظ حالياً على أمان معظم الاتصالات عبر الإنترنت، مما قد يؤدي إلى أكبر عملية إفشاء للأسرار في التاريخ.
التحديات التي تواجه أمن الإنترنت
يعتمد أمن الإنترنت حالياً على تشفير المفتاح العام الذي يعتمد بشكل أساسي على عملية حسابية غريبة: في حين أن ضرب الأرقام سهل نسبيًا، فإن عكس هذه العملية أي التحليل ليس كذلك.
ومع ذلك، فمن المحتمل أن يكون الكمبيوتر الكمي الكامل، الذي يقول العديد من الخبراء سيكون ممكناً في منتصف ثلاثينيات القرن العشرين، لديه القدرة على فك الشفرات الرياضية التي تحمي المعلومات الحساسة. وقال براسارد إن هذا الاختراق يمكن أن يؤدي إلى اختراقات هائلة في أمن الاتصالات عبر الإنترنت.
تعمل الحواسيب الكمية بطريقة مختلفة تمامًا عن الآلات التقليدية اليوم، والتي تخزن المعلومات وتعالجها في شكل بتات، باستخدام لغة مكونة من أصفار وآحاد. وتستخدم الحواسيب الكمية "بتات كمومية"، والمعروفة أيضًا باسم "الكيوبتات"، والتي يمكن أن تتصرف مثل الصفر والواحد في آن واحد، وهي حالة كمومية تعرف باسم التراكب. ومن الناحية النظرية، ستسمح هذه القدرة للحواسيب الكمية بمعالجة المعلومات بسرعة أكبر بكثير.
وقال براسارد إنه مع الحوسبة الحالية، فإن رمز القفل في متصفح الإنترنت الخاص بك هو رمز يشير إلى أن المعاملة أو التبادل يتم بشكل آمن. "لكن هذا يُعطى لك من خلال تقنيات معطلة تمامًا أو ستكون كذلك عندما يكون لدينا حاسوب كمي."
وقد أشار براسارد وموسكا ومحللون آخرون إلى أن الجهات الفاعلة السيئة قد تكون تجمع بالفعل البيانات المشفرة، بهدف شن هجمات "الحصاد الآن وفك التشفير لاحقًا"، حيث يمكن إنزال جميع المعلومات وتخزينها وفك تشفيرها عندما يتوفر حاسوب كمي.
التشفير بالمفتاح الكمي: الحل الأمثل
ومع ذلك، فإن التشفير بالمفتاح الكمي الذي تصوره براسارد وبينيت، يسمح بنقل المعلومات بطريقة آمنة بشكل أساسي لا يمكن اختراقها، ولا حتى باستخدام حاسوب كمي.
في بروتوكول أطلق عليه BB84 نسبة إلى الأحرف الأولى من اسميهما وسنة نشره، أظهر براسارد وبينيت أن طرفين يريدان مشاركة بيانات حساسة يمكنهما إنشاء مفتاح تشفير آمن مع ضمان السرية من خلال قوانين الفيزياء، وليس من خلال الصعوبة الحسابية لمسألة رياضية. يتضمن النهج استخدام فوتونات الضوء لإنشاء مفتاح سري بين طرفين. وبدلاً من تشفير البيانات بشكل مباشر، فإنه ينشئ قناة آمنة للاتصال.
وتعني الطبيعة الكمية للفوتونات الضوئية أنه إذا حاول أي شخص اعتراض الإشارة، فسيغير حالة الإشارة على الفور، وهي خاصية تجعل أي محاولة اختراق أو تنصت قابلة للكشف الفوري.
وقال بينيت: "هذا يعني أنه يمكننا مشاركة المعلومات مع ضمان عدم التنصت عليها من قبل شخص آخر".
قبل هذا الاكتشاف، قال بينيت إن التأثيرات الكمية، على الرغم من أنها مثيرة للاهتمام للدراسة، إلا أنه لم يكن يُعتقد أن لها أي تطبيق مفيد في الحوسبة.
وقال في إشارة إلى علماء كمبيوتر آخرين: "كانوا ينظرون إليها كأشياء مهمة للكيمياء والفيزياء في المختبر، وربما للفلسفة، ولكن من الناحية العملية، كانت مصدر إزعاج".
أهمية بروتوكول BB84 في علوم الحاسوب
وصفت جمعية آلات الحوسبة، التي تمنح جائزة تورينج بدعم مالي من جوجل، جائزة BB84 بأنها "لحظة تحول في تاريخ علوم الحاسوب" وقالت إن بحث الثنائي ساعد في تحفيز جيل من الفيزيائيين وعلماء الحاسوب.
وقال يانيس يوانيدس، رئيس الجمعية، في بيان صحفي: "لقد غيّر بينيت وبراسارد فهمنا للمعلومات نفسها بشكل أساسي." "إن الزخم العالمي وراء التقنيات الكمية اليوم يؤكد الأهمية الدائمة لمساهماتهما."
يتذكر براسارد أنه حاول هو وبينيت لأول مرة الإعلان عن عملهما في أوائل الثمانينيات في مؤتمر نظمته جمعية آلات الحوسبة ولكن تم رفضهما. وفي نهاية المطاف، أعلنا عن عملهما في مؤتمر في الهند.
وقال براسارد مازحًا: "في المرة الأولى التي حاولنا فيها تقديم أفكارنا في العالم، تم رفضها من قبل المنظمة التي تمنحنا هذه الجائزة".
تحديات قبول أفكار التشفير الكمي
قال موسكا إن عمل الثنائي بدا له وكأنه خيال علمي عندما صادفه لأول مرة في أوائل التسعينيات، ولكن اليوم تستخدم العديد من شركات الأمن السيبراني هذا النهج في المنتجات التي تساعد في الحفاظ على أمن الشبكات الناقلة للبيانات.
وفي حين أن التشفير الكمي هو "التشفير المستقبلي النهائي ضد هجمات كسر الشفرات"، قال موسكا إنه يتطلب أجهزة ذات أغراض خاصة تجعل من الصعب نشرها على نطاق واسع جداً في الوقت الحالي. وبالتالي، كما قال، ستظل هناك حاجة إلى أساليب رياضية للتشفير في المستقبل المنظور.
وقال موسكا: "ما اكتشفه جيل وتشارلي هو قناة كمومية للتواصل". "إنه أمر سحري حقًا. أنت بحاجة إلى الخصائص الكمية للطبيعة لتتمكن من عدم الاعتماد على افتراض رياضي."
أخبار ذات صلة
أرتيميس 2 تحطم الرقم القياسي لأبعد رحلة بشرية عن الأرض
مشكلة جديدة تضع رحلة أربعة رواد فضاء إلى القمر في حالة من عدم اليقين
سبيس إكس وناسا تستعدان لإطلاق رواد فضاء إلى محطة الفضاء الدولية مما يخفف من ضغط طاقم مكون من ثلاثة أشخاص
