التشفير الكمّي ونقل الأمان إلى المستقبل التقني
ما يمكن توقعه من سوق التشفير الكمي في المستقبل
يعد التشفير الكمي مجالًا سريع التوسع في علم المعلومات الكمومية مع التصميم المتكرر للبروتوكولات الجديدة، والتحسين المستمر للأمان، والانتقال من العروض التوضيحية المعملية إلى التنفيذ في العالم الحقيقي.
الصناعة تنمو بسرعة لتسويق التكنولوجيا.
التشفير الكمي: ما هو؟
باستخدام العمليات الرياضية مثل التحليل، يقوم التشفير التقليدي بالمفتاح العام بتشفير البيانات بطريقة قد تستغرق عدة سنوات حتى تتمكن أجهزة الكمبيوتر الحديثة من فك تشفيرها.
ومع ذلك، يمكن نظريًا كسر هذا النوع من التشفير في غضون أيام أو ساعات أو ثوانٍ بواسطة أجهزة الكمبيوتر الكمومية الوظيفية، وهو ما لم يصبح حقيقة بعد.
ومن خلال دمج المبادئ الغريبة لميكانيكا الكم في خوارزميات الكمبيوتر، تم إنشاء التشفير الكمي كوسيلة لتأمين الاتصالات الإلكترونية.
باستخدام هذه التقنية، يمكن تشفير وفك تشفير الاتصالات الإلكترونية باستخدام سلسلة بتات عشوائية معروفة لشخصين فقط.
تعد قدرة التشفير الكمي على اكتشاف "التنصت" على الاتصالات الآمنة ميزة مفيدة.
وهذا ممكن بسبب كيفية تأثير الملاحظة
تلعب الحكومات دورًا رئيسيًا في تطوير التشفير الكمي
يوفر التشفير الأمان للأنشطة اليومية مثل إرسال رسائل البريد الإلكتروني وعمليات الشراء عبر الإنترنت ومعاملات أجهزة الصراف الآلي من خلال الحفاظ على خصوصية البيانات والتحقق من الهوية.
تعتمد قوة التشفير الحديث على صعوبة حل المشكلات الرياضية باستخدام أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية أو العثور على مفاتيح / رسائل سرية.
ومع ذلك، تعمل أجهزة الكمبيوتر الكمومية بشكل مختلف ويمكنها حل هذه المشكلات في ساعات/دقائق،
مما يجعل طرق التشفير الحالية عرضة للخطر. ولمعالجة هذه المشكلة، يهدف "التشفير الكمي الآمن" إلى تحديد الخوارزميات التي يمكنها مقاومة هجمات الكمبيوتر الكلاسيكية والكمية.
تستخدم أجهزة الكمبيوتر الكمومية الكيوبتات بدلاً من البتات، مما يمكنها من تنفيذ خوارزميات كمومية متعددة الأبعاد وحل المشكلات المعقدة.
أيضا إن التشفير الحالي بالمفتاح العام، والذي أحدث ثورة في الاتصالات الآمنة في السبعينيات، أصبح عرضة للهجمات الكمومية.
لذلك، هناك حاجة إلى عمليات حسابية جديدة للحفاظ على أمان المعلومات.
كذلك ويتوقع الخبراء أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية واسعة النطاق القادرة على كسر الخوارزميات الحالية يمكن أن تكون متاحة بحلول نهاية العقد.
أيضا يمكن فك تشفير البيانات المشفرة المخزنة اليوم لاحقًا باستخدام أجهزة الكمبيوتر الكمومية،
لذلك من المهم الانتقال إلى حلول آمنة الكم.
تتخذ الحكومات في الولايات المتحدة وألمانيا والمملكة المتحدة بالفعل إجراءات لتنفيذ التشفير الآمن الكمي.
من غير المرجح أن تكون هناك خوارزمية واحدة مناسبة لجميع التطبيقات بسبب اختلاف خصائص الأداء والمتطلبات المتزايدة للتشفير. لا تزال الأبحاث في مجال التشفير الآمن الكمي مستمرة، لكن الأمان ضد الهجمات الكلاسيكية والكمية لا يزال مفهومًا بشكل أفضل بالنسبة لبعض الخوارزميات مقارنة بغيرها.
مجال التشفير الكمي آخذ في التوسع
في عام 2020، كان من المتوقع أن تبلغ قيمة سوق التشفير الكمي 89 مليون دولار. وفقًا للمحللين، ستستمر في التوسع بمعدل نمو سنوي مركب يبلغ 19.1٪ حتى تصل إلى 214 مليون دولار في عام 2025. لقد أصبح النقل الآمن للمعلومات ضروريًا بشكل متزايد نتيجة للرقمنة المتزايدة، وقد أدى جائحة كوفيد-19 إلى تسريع هذا الاتجاه في جميع قطاعات الصناعة. على سبيل المثال، يحتفظ غالبية الأطباء الآن بسجلات محوسبة في مجال الرعاية الصحية.
تنص القوانين في العديد من الدول، بما في ذلك الولايات المتحدة، على الحفاظ على خصوصية هذه الوثائق.
وعلى الرغم من عدم وجود حاسوب كمي فعال يمكنه فك التشفير التقليدي، يتوقع الخبراء في هذا المجال أن التكنولوجيا سوف تتقدم في هذا الاتجاه قبل نهاية العقد الحالي.
وهذا يعني أن البيانات المرسلة في هذا الوقت قد يتم اعتراضها وتخزينها من قبل طرف ضار ومن ثم فك تشفيرها في المستقبل عندما تتوفر التكنولوجيا للقيام بذلك.
ونتيجة لذلك، يوجد حاليًا العديد من الشركات في السوق التي تقدم خدمات التشفير الكمي المتقدمة.
تقدم شركة فرنسية تدعى CryptoNext Security معايير التشفير لحماية البنية التحتية لتكنولوجيا المعلومات.
تستخدم شركة سويسرية ناشئة تدعى IdQuantique التشفير الكمي لتحسين التشفير على مستوى المؤسسة المستخدم حاليًا.
أيضا هناك لاعب مهم آخر في هذا السوق وهو الشركة التكنولوجية الناشئة Qrypt، ومقرها نيويورك.
كذلك توفر شركة هولندية تدعى Single Quantum تقنية عالية الدقة للكشف عن الفوتون الفردي للاتصالات الضوئية (والكمية).
استعادة الألفة: تشفير ما بعد الكم
نظرًا لحقيقة أن التشفير الكمي يعتمد على الأجهزة التي أصبحت الآن باهظة الثمن ومعقدة للغاية في إنشائها وتشغيلها، فقد لا يكون ممكنًا على نطاق واسع. ونتيجة لذلك، أنشأ الباحثون مجالًا جديدًا للدراسة يسمى التشفير ما بعد الكمي.
يتخطى جزء كبير من هذا التشفير الجديد عملية التخصيم تمامًا لصالح وظائف رياضية أخرى يصعب حلها على أجهزة الكمبيوتر الكمومية.
تشجع المنظمات الحكومية، بما في ذلك المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) في الولايات المتحدة، مجتمع الأبحاث الأكبر على إنشاء تكتيكات وخوارزميات جديدة للتشفير ما بعد الكمي تحسبًا لمستقبل تهيمن عليه الحوسبة الكمومية.
التشفير القائم على الشبكة والتشفير القائم على التجزئة هما تقنيتان يجري تطويرهما.
الطريقة التي يعمل بها التشفير القائم على الشبكة هي استخدام شبكات عالية الأبعاد لتمثيل المشكلات الرياضية.
إن صعوبة حل الألغاز الرياضية في ترتيبات الشبكة هذه تساهم في أمان أنظمة التشفير هذه.
أيضا يستلزم الإجراء تحويل البيانات إلى شبكة وتشفيرها باستخدام مجموعة متنوعة من الإجراءات.
ومن الصعب للغاية على المهاجم استخراج المادة الأصلية من النموذج المشفر لأن المفتاح السري يتكون من المعلمات المستخدمة في هذه الإجراءات.
ولهذا السبب، يوفر التشفير القائم على الشبكة بديلاً مقنعًا للتشفير ما بعد الكمي.
أيضا تُستخدم وظائف التجزئة في التشفير القائم على التجزئة لضمان صحة البيانات وسلامتها.
كذلك بعد تلقي رسالة إدخال، تقوم دالة التجزئة بحساب مخرجات ذات حجم ثابت (قيمة التجزئة) الخاصة بالإدخال.
أيضا نظرًا لأن أي تغيير طفيف في رسالة الإدخال يؤدي إلى قيمة تجزئة مختلفة تمامًا، فيمكن استخدام قيمة التجزئة لتأكيد ما إذا كان قد تم تغيير الرسالة.
أيضا يتم إنشاء التوقيع الرقمي عن طريق تشفير قيمة التجزئة باستخدام المفتاح الخاص للمرسل وإرسالها مع الرسالة.
كذلك بعد فك تشفير التوقيع الرقمي باستخدام المفتاح العام للمرسل، يقوم المستلم بحساب قيمة تجزئة الرسالة.
لذلك يعتبر الاتصال حقيقيًا وغير قابل للتغيير إذا تطابقت قيم التجزئة.
الخلاصة
تأتي التقنية الكمّية في علم الحوسبة لتحدث ثورة في عالم التشفير، حيث تقدم حلاً مبتكراً لمشكلة الأمان السائدة في العصر الرقمي.
كذلك يمكن أن تسهم التقنية الكمّية في تعزيز أمان البيانات والاتصالات بشكل كبير عن طريق استخدام مفاهيم الفيزياء الكمّية لحماية المعلومات.
لأيضا يعتمد التشفير الكمّي على خوارزميات معقدة تستفيد من خصائص الجسيمات الفيزيائية، مثل التداخل والتشويش الكمّي، لضمان أمان البيانات.
تقدم التقنية الكمّية مزايا فريدة في مجال الأمان، حيث تتيح لنا إمكانية إنشاء أنظمة تشفير لا يمكن كسرها حتى بواسطة أقوى الحواسيب الكمّية المستقبلية.
أيضا بفضل هذه التطورات، يمكننا تأمين بياناتنا بشكل أفضل والاعتماد على نقل المعلومات بطرق أكثر أمانًا عبر الشبكات الرقمية.
تعتبر التقنية الكمّية لغزاً يحتاج إلى حلول فنية ورؤى استراتيجية للتعامل مع التحديات والفرص المترتبة عليها.
كما يجب على الشركات والمؤسسات الاستثمار في بحوث التشفير الكمّي وتطوير التطبيقات العملية التي تستخدم هذه التقنية بفعالية.
كذلك إن نجاح التشفير الكمّي في تعزيز الأمان يعتمد على التعاون المستمر بين الباحثين والمهندسين والمستخدمين لتطوير وتبني حلول تقنية مبتكرة تحقق الأمان الرقمي المستدام في المستقبل.