أصبح التهديد السيبراني من أجهزة الكمبيوتر الكمومية حقيقيًا تقريبًا

يبدو أن الكمبيوتر الكمي القادر على كسر التشفير الذي يدعم أمن الإنترنت أصبح قاب قوسين أو أدنى. وقد أظهرت دراستان مستقلتان مدى قرب العالم من هذا التهديد الوجودي الحقيقي.

كلاهما مخصص للحل من خلال الحوسبة الكمومية مسائل اللوغاريتم المنفصلة للمنحنى الإهليلجي (ECDLP). إن تعقيد هذه المشكلة الرياضية يجعلها مفيدة لحماية البيانات، ومن ثم استخدامها على نطاق واسع في تأمين حركة المرور على الإنترنت (بما في ذلك التحويلات المصرفية) وجميع العملات المشفرة الرئيسية تقريبًا، بما في ذلك البيتكوين.

من الصعب للغاية كسر تشفير ECDLP على أجهزة الكمبيوتر التقليدية، ولكن منذ التسعينيات، افترض الباحثون أنه لن يكون من الصعب على أجهزة الكمبيوتر الكمومية. ومع ذلك، فإن بناء حاسوب كمي كبير بما يكفي كان يعتبر مستحيلًا هندسيًا، لذلك بدا مثل هذا التهديد وكأنه شيء من المستقبل البعيد.

وفي السنوات الأخيرة، تقدمت كل من النظرية والهندسة بسرعة مذهلة، مما أدى إلى تقصير الإطار الزمني المتوقع بشكل كبير. من الناحية النظرية، قام الباحثون بتحسين خوارزميات القرصنة الكمومية، مما يقلل من قوة الحوسبة المطلوبة. على سبيل المثال، في عام 2019، كان أفضل تقدير لكسر طريقة التشفير RSA-2048 ذات الصلة هو 20 مليون كيوبت. وفي فبراير من هذا العام انخفض إلى 100000 كيوبت.

بالإضافة إلى ذلك، في عام 2019، كانت أجهزة الكمبيوتر الكمومية الأكثر تقدمًا بالكاد أكبر من 50 كيوبت. اليوم، أكبرها يتكون من أكثر من 1000 كيوبت، وأكبر مجموعة من الكيوبتات (لم تستخدم بعد للحوسبة) لديها 6100.

دراستان

دوليف بلوفشتاين من شركة Oratomic الناشئة وزملاؤه يعتقدأن ECDLP يمكن أن يقع في أيدي آلة تحتوي على 10000 كيوبت فقط – على الرغم من أن العملية ستتطلب عدة سنوات من الحوسبة الكمومية.

بدوره، في قسم الكم من جوجل محسوبأن 500000 كيوبت ستنجز نفس المهمة في تسع دقائق فقط.

جاستن دريك من مؤسسة إيثريوم، الذي تعاون مع باحثي جوجل، اسمه تعتبر كلتا الدراستين رائدتين، ويعتبر يوم صدورهما “يومًا بالغ الأهمية بالنسبة للحوسبة الكمومية والتشفير”.

تستند حسابات Bluvshtein وزملائه على الكيوبتات مصنوعة من ذرات فائقة التبريد يتم التحكم فيها بواسطة الليزر. يمكن ربط هذه البتات الكمومية ببعضها البعض بعدة طرق، وهذا الترابط العالي هو أحد الأسباب وراء انخفاض عدد الكيوبتات المطلوبة.

يعتقد بليوفستاين أن إنشاء مجموعة من 10000 كيوبت فائق التبريد قد يكون ممكنًا في غضون عام، لكن التحدي الحقيقي هو التحكم فيها بشكل جيد بما فيه الكفاية وجعلها تعمل بسرعة كافية. لا توجد طرق بسيطة، على سبيل المثال، لن ينجح الجمع بين العديد من الأجهزة الموجودة، حيث يجب أن تتفاعل الكيوبتات بشكل صحيح مع بعضها البعض.

ووفقا للباحث، فإن الآلة القوية بما فيه الكفاية لن تكون جاهزة حتى نهاية العقد. ويعتقد أنه “لا يزال هناك الكثير من العمل الذي يتعين القيام به، لكن الناس بدأوا بالفعل ينظرون إلى إنشائه على أنه شيء حقيقي”.

يعتمد تقدير فريق Google على نوع مختلف من أجهزة الكمبيوتر الكمومية – على الدوائر فائقة التوصيل. تعتبر هذه التكنولوجيا أكثر نضجا، وعلى هذا فإن عملاق الإنترنت يضع رهانه الرئيسي. علاوة على ذلك، فإن هذا التقدير، كما هو مكتوب في المقال، “يمكن تخفيضه بشكل كبير من خلال افتراضات أكثر جرأة حول قدرات المعدات”. بالمناسبة، لا يتم الكشف عن تفاصيل خوارزمية القرصنة هناك لأسباب أمنية. ومع ذلك، يُشار إلى أنه يمكن استخدام مثل هذا الكمبيوتر الكمي لاعتراض معاملة العملة المشفرة وإعادة توجيه الأموال في تلك اللحظة الوجيزة بينما لم يتم تسجيلها بعد على blockchain.

كيف تكون

يقول ستيفانو جوجيوسو من جامعة أكسفورد إن كلا النوعين من أجهزة الكمبيوتر الكمومية التي تتمتع بهذه القوة، وخاصة تلك التي تعتمد على ذرات فائقة التبريد، معقدة للغاية بحيث لا يمكن بناؤها للحديث عن التنفيذ العملي للمهام الموضحة في المقالات. ولكن، في رأيه، هناك بالفعل سبب للقلق بشأن أمن عالمنا الرقمي.

تقدم بعض متصفحات الإنترنت بالفعل تشفيرًا ما بعد الكم محصنًا ضد الهجمات الكمومية (PQC). ويقول جوجيوسو إن البنوك التقليدية قد تكون قادرة على صد المتسللين الكميين بمجرد اختراقها، لكن أنظمة العملات المشفرة اللامركزية ستكون أكثر عرضة للخطر. دعت Google مؤخرًا إلى الانتقال إلى PQC بحلول عام 2029 – وهو خبير مقتنع بأن هذا ضروري بشكل متزايد.

يؤكد داستن مودي من المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST): “لهذا السبب بدأنا مشروع توحيد PQC منذ أكثر من عشر سنوات. كنا نعلم دائمًا أنه مع تحسن الأجهزة الكمومية، تتحسن الخوارزميات أيضًا”.

لقد اختارت NIST بالفعل العديد من خوارزميات PQC التي قد تصبح معيارًا أمنيًا في المستقبل. وتخطط الحكومة الفيدرالية الأمريكية للتحول إليها بحلول عام 2035. لكن مودي واثق من أن التحول يجب أن يبدأ في أقرب وقت ممكن. ويخلص إلى أن “هذه المقالات تؤكد فقط أن الوقت اللازم للانتقال محدود، وعلينا أن نتحرك الآن”.