iفین تک (ای فین تک - آی فین تک)

رایانه‌های کوانتومی یکی از پیشرفت‌های بزرگ در دنیای علم و فناوری به‌شمار می‌آیند. این فناوری‌های نوین می‌توانند مسائل پیچیده ریاضی را در زمانی بسیار کوتاه حل کنند. یکی از بزرگ‌ترین نگرانی‌ها در این زمینه این است که رایانه‌های کوانتومی قادر خواهند بود بسیاری از الگوریتم‌های رمزنگاری کنونی را به‌راحتی شکسته و امنیت داده‌ها را تهدید کنند. در این وضعیت، نیاز به توسعه فناوری‌های رمزنگاری مقاوم در برابر تهدیدات کوانتومی بیش از پیش احساس می‌شود.

این نوع رمزنگاری‌ها به‌عنوان رمزنگاری‌های مقاوم در برابر حملات کوانتومی شناخته می‌شوند و هدف آنها ارائه راه‌حل‌های امن برای محافظت از داده‌ها در دنیای پس از ظهور رایانه‌های کوانتومی است. در این گزارش، به بررسی اهمیت این فناوری‌ها، چالش‌ها و پیشرفت‌های اخیر در این زمینه پرداخته خواهد شد.

۱. تهدیدات رایانه‌های کوانتومی بر الگوریتم‌های رمزنگاری مرسوم

الگوریتم‌های رمزنگاری امروزی مانند RSA و ECC (الگوریتم‌های رمزنگاری کلید عمومی) برای محافظت از داده‌ها در برابر حملات سایبری استفاده می‌شوند. این الگوریتم‌ها به‌وسیله مسائل ریاضی سخت مانند فاکتورسازی اعداد بزرگ و حل معادلات دیوفانتینی امنیت خود را تأمین می‌کنند. اما رایانه‌های کوانتومی می‌توانند این مسائل را به‌سرعت حل کنند، به‌طوری که امنیت بسیاری از الگوریتم‌های کنونی به‌شدت به خطر می‌افتد.

یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های رایانه‌های کوانتومی، الگوریتم شُور (Shor's Algorithm) است که قادر است مسائل فاکتورسازی و محاسبه لگاریتم‌های دیسکریت را در زمان نمایی سریع‌تری حل کند. این الگوریتم می‌تواند به‌راحتی رمزنگاری‌های کلاسیک مانند RSA و ECC را شکسته و به داده‌های حساس دسترسی پیدا کند. بنابراین، به‌منظور مقابله با این تهدیدات، نیاز به توسعه رمزنگاری‌های جدید و مقاوم در برابر کوانتوم بیش از هر زمان دیگری احساس می‌شود.

۲. رمزنگاری مقاوم در برابر کوانتوم (PQC) چیست؟

رمزنگاری مقاوم در برابر کوانتوم (Post-Quantum Cryptography یا PQC) به مجموعه‌ای از الگوریتم‌های رمزنگاری گفته می‌شود که به‌طور خاص برای مقابله با تهدیدات ناشی از رایانه‌های کوانتومی طراحی شده‌اند. این الگوریتم‌ها باید از امنیت بالایی برخوردار باشند و در عین حال در برابر حملات کوانتومی مقاوم باشند. بسیاری از پژوهشگران و سازمان‌های بین‌المللی مانند نهادهای امنیت سایبری و موسسات تحقیقاتی معتبر بر روی این الگوریتم‌ها کار می‌کنند.

پروژه PQC که توسط NIST (سازمان ملی استاندارد و فناوری ایالات متحده) آغاز شده است، به‌منظور شناسایی و استانداردسازی الگوریتم‌های مقاوم در برابر کوانتوم طراحی شده است. در این پروژه، انواع مختلفی از الگوریتم‌ها از جمله الگوریتم‌های رمزنگاری مبتنی بر شبکه‌ها، کدهای خطا، گراف‌ها و اعداد اول مورد بررسی قرار گرفته‌اند. هدف این است که استانداردهایی برای رمزنگاری معرفی شوند که هم‌زمان با توسعه رایانه‌های کوانتومی قابل استفاده باشند.

۳. انواع الگوریتم‌های مقاوم در برابر کوانتوم

برخی از الگوریتم‌هایی که در حال حاضر در نظر گرفته می‌شوند شامل موارد زیر هستند:

الگوریتم‌های مبتنی بر شبکه (Lattice-Based Cryptography): این الگوریتم‌ها به‌طور گسترده‌ای به‌عنوان یکی از امن‌ترین روش‌ها در برابر رایانه‌های کوانتومی شناخته می‌شوند. شبکه‌ها و ساختارهای گرافی در این الگوریتم‌ها به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که حملات کوانتومی قادر به حل آنها نیستند.

کدهای خطا (Code-Based Cryptography): این الگوریتم‌ها بر اساس استفاده از کدهای خطا برای رمزنگاری طراحی شده‌اند و به‌عنوان یکی از روش‌های مقاوم در برابر حملات کوانتومی در نظر گرفته می‌شوند.

الگوریتم‌های مبتنی بر چندجمله‌ای‌های چند متغیره (Multivariate Cryptography): این الگوریتم‌ها از چندجمله‌ای‌های چند متغیره برای ایجاد سیستم‌های رمزنگاری استفاده می‌کنند و در برابر رایانه‌های کوانتومی مقاوم هستند.

الگوریتم‌های مبتنی بر گراف‌ها (Graph-Based Cryptography): این الگوریتم‌ها از مسائل گرافی برای رمزنگاری استفاده می‌کنند و به‌طور بالقوه در برابر حملات کوانتومی مقاوم هستند.

۴. چالش‌ها و موانع در توسعه رمزنگاری مقاوم در برابر کوانتوم

علیرغم پیشرفت‌های چشمگیر در توسعه PQC، هنوز چالش‌هایی وجود دارد. یکی از چالش‌های اصلی، کارایی پایین برخی از این الگوریتم‌ها است. بسیاری از الگوریتم‌های مقاوم در برابر کوانتوم نیاز به محاسبات بسیار پیچیده‌تری دارند که می‌تواند باعث کاهش کارایی و سرعت پردازش اطلاعات شود.

علاوه بر این، استانداردسازی این الگوریتم‌ها نیز زمان‌بر است. همان‌طور که گفته شد، NIST به‌منظور ایجاد استانداردهای جهانی در زمینه PQC کار می‌کند، اما هنوز برخی از الگوریتم‌ها در مرحله آزمایش و ارزیابی قرار دارند.

یکی دیگر از چالش‌های اصلی، تطابق الگوریتم‌های مقاوم در برابر کوانتوم با سیستم‌های فعلی است. بسیاری از سیستم‌های موجود به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که نمی‌توان به‌راحتی الگوریتم‌های جدید را جایگزین کرد و این مسئله می‌تواند زمان و هزینه زیادی را برای سازمان‌ها به همراه داشته باشد.

با پیشرفت‌های روزافزون در فناوری رایانه‌های کوانتومی، تهدیدات امنیتی برای الگوریتم‌های رمزنگاری مرسوم افزایش یافته است. در این راستا، فناوری‌های رمزنگاری مقاوم در برابر کوانتوم به‌عنوان راه‌حل‌هایی برای مقابله با این تهدیدات مطرح شده‌اند. استانداردسازی این الگوریتم‌ها و توسعه روش‌های کارآمدتر از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. تنها با اتخاذ این فناوری‌ها می‌توان از امنیت داده‌ها در دنیای پساکوانتومی اطمینان حاصل کرد.