امنیت اینترنتی رایانه‌های کوانتومی تامین شد
امروزه در دنیای دیجیتال حفاظت از اطلاعات رکن اساسی و مهمی در تبادلات پیام‌ها ومبادلات تجاری ایفا می‌کند. برای تامین نیازهای امنیتی تراکنش امن، از رمزنگاری استفاده می‌شود. پژوهشگران با استفاده از نظریه اعداد سطح بالا و رمزنگاری، یک رمز بدنام قدیمی به نام کد کوله‌پشتی را بازنویسی کردند که این کد برای ایجاد سیستم امنیت آنلاین بهتر در آینده نه چندان دور مورد نیاز خواهد بود. نتایج یافته‌های آنها به تازگی در مجله فیبوناچی کوارترلی منتشر شده است.
رایانه‌های کوانتومی نزدیکتر از قبل
در اصل علم محاسبات کوانتوم بر مبنای علم مکانیک کوانتوم پایه‌ریزی شده است و در این علم، کوچکترین واحد اطلاعات، «کیوبیت» نام دارد که مخفف کوانتوم بیت است. رایانه‌های کوانتومی نیز بر اساس همین نظریه طراحی می‌شوند. از نقطه نظر محاسباتی، هیچ تفاوتی بین یک رایانه کوانتومی و مدل مبتنی بر ترانزیستور آن وجود ندارد. زیرا رایانه‌های کوانتومی نیز بر اساس چهار عمل اصلی یعنی جمع، تفریق، ضرب و تقسیم کار می‌کنند. تنها تفاوت عمده و بارز رایانه‌های کوانتومی در قدرت باورنکردنی آنها در انجام محاسبات گوناگون به شکل موازی و نهفته است.
رایانه‌های کوانتومی در سطح زیر اتمی کار می‌کنند و به صورت تئوری، قدرت پردازشی که این رایانه‌ها ارائه می‌کنند میلیاردها بار سریع‌تر از رایانه‌های مبتنی بر سیلیکون است. چندین شرکت مطرح در دنیا از جمله شرکت گوگل در حال رقابت بر سر توسعه رایانه‌های کوانتومی هستند.
ناتان هملین، مدرس و مدیر مرکز آموزش ریاضی دانشگاه ایالتی واشنگتن می‌گوید: «امنیت اینترنتی برای یک رایانه کوانتومی نامفهوم است و این می تواند در آینده مشکلی برای انجام معاملات آنلاین اعم از خرید یک کتاب در آمازون تا ارسال ساده یک ایمیل به وجود بیاورد.»
هملین در ادامه می‌گوید: «رایانه‌های کوانتومی در حال حاضر مشکل شکستن کدهای امنیتی موجود و مبتنی بر رمزنگاری کلید عمومی برای حفاظت از مبادلات را ندارند.»
به طور خلاصه، کد کلید عمومی از «کلید اول عمومی» برای رمزنگاری و «کلید دوم خصوصی» برای رمز گشایی استفاده می‌کند. این سیستم بر پایه فاکتورگیری از اعداد بسیار بزرگ است و تا کنون موفق شده است رایانه‌ها را تا حد زیادی از خطر حمله هکرها ایمن نگه دارد.
هلمین می‌گوید: «با این حال رایانه‌های کوانتومی می توانند از این اعداد بزرگ به سرعت فاکتور بگیرند. اما مشکلاتی مانند کد کوله‌پشتی منجر به کاهش سرعت در آنها می‌شود.خوشبختانه، بسیاری از نفوذ‌ها و سرقت داده‌های عظیم در سال‌های اخیر ناشی از بی‌دقتی کارمندان یا رشوه گرفتن آنها بوده و در اثر ایجاد شکاف در کد رمزگذاری کلید عمومی نبوده است.
کد کلید عمومی جدید
هملین و استاد بازنشسته ریاضیات، ویلیام وب به دنبال راهی برای محافظت از اطلاعات آنلاین نسل بعد، از کد کوله پشتی نسخه قدیمی استفاده کردند و برای ارتقای آن به سطح کوانتومی و احتمالا استفاده از آن به عنوان نوع جدیدی از رمزنگاری کلید عمومی، پژوهشگران سیستم‌های شماره‌گذاری جدیدی را برای کدگذاری مهندسی کردند.
هملین می‌گوید: «ما از از روشهای جایگزینی برای نمایش اعداد استفاده کردیم.»
پژوهشگران در واقع سیستم‌های دیجیتالی جدیدی با پیچیدگی بسیار بیشتر از سیستم‌های دهدهی و باینری رایج را ایجاد کردند.
وب می‌گوید: « ما نسخه جدیدی از کد کوله پشتی را با استفاده از رشته‌های اعداد بسیار پیچیده تولید کردیم که می‌تواند توسط روشهای حمله سایبری معمول شکسته شود.»
هملین و وب باور دارند که کد کوله پشتی طراحی شده جدید می‌تواند جایگزین مناسبی برای رمزگذاری کلید عمومی با محاسبات کوانتومی باشد.
کد کوله‌پشتی
مسئله کوله‌پشتی یک پازل نظری است که قدمت آن به سال 1897 میلادی می‌رسد و برای حل در عمومی‌ترین شکل آن بسیار دشوار است.
این مسئله برای در بهینه‌سازی ترکیبیاتی مطرح می‌شود. برای مثال می‌توان مجموعه‌ای از اشیا را فرض کرد که هر کدام داری وزن و ارزش خاصی هستند. به هر شی تعدادی تخصیص داده می‌شود به طوری که وزن اشیا انتخاب شده کوچکتر یا مساوی حدی از پیش تعیین شده، و ارزش آنها بیشینه شود. علت نامگذاری این مسئله، جهانگردی است که کوله پشتی‌ای با اندازه محدود دارد و باید آن را با مفیدترین صورت ممکن از اشیا پر کند.
معمولا در تخصیص منابع با محدودیت‌های مالی، این مسئله پیش می‌آید. همچنین مسائلی از این قبیل در ترکیبیات، نظریه پیچیدگی محاسباتی، رمزنگاری و ریاضیات کاربردی به چشم می خورند.
وب توضیح می‌دهد: «در واقع، این مسئله می‌پرسد که اگر شما یک عدد بزرگ (کوله پشتی) و تعداد زیادی از اعداد کوچک (اشیا) را در اختیار داشته باشید، چه زیر مجموعه‌ای از اعداد کوچک (و یا اشیا) را می‌توانید ایجاد کنید که کوله پشتی کاملا پر شود. مفهوم اصلی این مسئله ایجاد یک کد به نام کد کوله پشتی است. کد کوله پشتی در اصل به عنوان ابزاری برای رمزگذاری کلید عمومی در دهه 1970 پیشنهاد شد، اما به دو روش مختلف شکسته شد و مردم علاقه خود را به استفاده از آن از دست دادند.»
ایده وب برای خروج این مسئله از ذخیره‌سازی، در ابتدا یک ورزش فکری بود.
وب می‌گوید:« کوله پشتی یک کد ساده و ظریف است، اما قبلا شکسته شده بود. ما کنجکاو شده بودیم که آیا می‌توان مشکل آن را حل و دوباره طراحی کرد تا ایمن شود. این کار چالش جذابی بود.»
هملین می‌گوید: «ما اصلاحاتی در سطح اساسی کد انجام دادیم که بسیاری از نقاط ضعف آن را ترمیم ساخت و باعث شد بتوان آرایه بزرگتری از حملات سایبری، از جمله آنهایی که از کاهش مبنا (یکی از روشهای رمزگشایی) برای شکستن کد کوله‌پشتی اصلی استفاده می‌کنند را دفع کرد. کاهش مبنا یک چکش بزرگ برای استفاده در برابر این کد است و پس از انجام آزمایش، ما فکر می‌کنیم که آن را در برابر این نوع حمله ایمن ساخته‌ایم و کد جایگزینی برای محاسبات کوانتومی ارائه داده‌ایم.»
وب می‌گوید: «با وجود آن که هنوز هم نیاز به تست کردن این کد وجود دارد، کد کوله پشتی بازسازی شده وعده‌ای برای ساخت معاملات رایانه‌ای آنلاین آینده، بطور قابل توجهی امن‌تر به حساب می‌آید. در اصل هر زمانی که شما می‌خواهید پیام را به صورت امن بر روی اینترنت ارسال کنید، نیاز به یک کد کلید عمومی خواهید داشت و کاندیدای دیگری برای استفاده از کد جدید است.»
اهمیت رمز نگاری
رشد و گسترش روزافزون شبکه‌های رایانه‌ای، خصوصا اینترنت باعث ایجاد تغییرات گسترده در نحوه زندگی و فعالیت شغلی افراد، سازمان‌ها و موسسات شده است. از این رو امنیت اطلاعات یکی از مسائل ضروری و مهم در این چرخه شده است. با اتصال شبکه داخلی سازمان‌ها به شبکه جهانی، داده‌های سازمان‌ها در معرض دسترسی افراد و میزبان‌های خارجی قرار می‌گیرد. اطمینان از عدم دستیابی افراد غیر مجاز به اطلاعات حساس از مهمترین چالش‌های امنیتی در رابطه با توزیع اطلاعات در اینترنت است. راه حل‌های مختلفی نظیر محدود کردن استفاده از اینترنت، رمزنگاری داده‌ها، واستفاده از ابزار امنیتی برای میزبان‌های داخلی و برقراری امنیت شبکه داخلی ارایه شده‌است. یکی از متداولترین روشهای حفاظت اطلاعات، رمز نمودن آنها است. دستیابی به اطلاعات رمز شده برای افراد غیر مجاز امکان پذیر نبوده و صرفا افرادی که دارای کلید رمز هستند، قادر به بازنمودن رمز و استفاده از اطلاعات هستند. رمز نمودن اطلاعات رایانه مبتنی بر علوم رمزنگاری است و استفاده از علم رمز نگاری دارای یک سابقه طولانی و تاریخی استد. قبل از عصر اطلاعات، بیشترین کاربران رمزنگاری اطلاعات، دولت‌ها و مخصوصا کاربران نظامی بوده‌اند. سابقه رمز نمودن اطلاعات به دوران امپراطوری روم بر می‌گردد. امروزه اغلب روش‌ها و مدل‌های رمزنگاری اطلاعات در رابطه با رایانه به خدمت گرفته می‌شود. کشف و تشخیص اطلاعاتی که بصورت معمولی در کامپیوتر ذخیره و فاقد هر گونه روش علمی رمزنگاری باشند، به راحتی و بدون نیاز به تخصصی خاص انجام خواهد یافت. از این رو است که رمزنگاری داده‌ها با توجه به پیشرفت‌های اخیر تحول یافته و الگوریتم‌های نوینی به همین منظور طراحی شده‌اند.
کلید عمومی و خصوصی
رمزنگاری کلید عمومی یا رمزنگاری نامتقارن روشی از رمزنگاری است که کلید مورد استفاده برای رمزگذاری با کلید مربوط برای رمزگشایی با هم متفاوت است (برخلاف رمزنگاری متقارن که در آن رمزگذاری و رمزگشایی با یک کلید انجام می‌شود). با کلید مخصوص رمزنگاری نمی‌توان رمزگشایی پیام را انجام داد چرا که فقط برای رمزنگاری به کار می‌آید و افشا شدن آن هم لطمه‌ای به کسی نمی‌زند. به این جهت است که با آن کلید نمی‌توان متون رمز شده را برگرداند و پیداکردن کلید رمزگشایی از روی کلید رمزنگاری کار ساده‌ای نیست. در رمزنگاری نامتقارن، کاربر یک جفت کلید در اختیار دارد که کلید عمومی(برای رمزگذاری متن اصلی و راست‌آزمایی امضای دیجیتال) و کلید خصوصی(برای رمزگشایی متن رمز و امضای دیجیتال داده‌ها) است.
کلید خصوصی مخفی باقی می‌ماند ولی کلید عمومی ممکن است به طور وسیع منتشر شود. پیام‌های دریافتی کد شده توسط کلید عمومی کاربر فقط برای خودش قابل خواندن است زیرا تنها خود کاربر کلید خصوصی جهت رمزگشایی را در اختیار دارد.
دو کلید با هم رابطه‌ای ریاضی دارند ولی عملا کلید خصوصی از روی کلید عمومی محاسبه پذیر نیست.
No tags for this post.
