رمزنگاری پساکوانتومی و واقعیت تهدید رایانش کوانتومی

وقتی پیتر شور الگوریتمی را طراحی کرد که می‌تواند اعداد بسیار بزرگ را در زمان چندجمله‌ای تجزیه کند، برخی مفسران شتاب‌زده اعلام کردند امنیت اینترنت به پایان رسیده است. اما این نتیجه‌گیری عجولانه بود. خود شور که اکنون از چهره‌های ثابت دنیای رایانش کوانتومی است، می‌گوید آینده بسیار پیچیده‌تر از تیترهاست.

دستاورد شور در سال ۱۹۹۴ روشن و بدون ابهام است: اگر یک رایانه کوانتومیِ کافی بزرگ و تصحیح‌شده از خطا در اختیار داشته باشیم، طرح‌های رمزنگاری کلید عمومی کلاسیک مانند RSA و ECC آسیب‌پذیر می‌شوند، زیرا این الگوریتم به‌طور کارآمد ساختار عددی‌ای را پیدا می‌کند که آن سامانه‌ها بر آن تکیه دارند. با این حال، پردازنده‌های کوانتومی امروز هنوز کوچک و پرنویز هستند. آن‌ها نه کیوبیت کافی دارند و نه تحمل خطای لازم را تا الگوریتم شور را در مقیاسی اجرا کنند که رمزنگاری واقعی را تهدید کند.

شور در کنفرانسی درباره فناوری‌های کوانتومی در بوستون، روی یک نکته عملی تأکید کرد: توانایی شکستن رمزنگاری کنونی به معنای فروپاشی اجتناب‌ناپذیر نیست. رمزنگاری پساکوانتومی وجود دارد. نهادهای استانداردسازی، به‌ویژه NIST، سخت مشغول ارزیابی و انتشار الگوریتم‌هایی بوده‌اند که برای مقاومت در برابر حملات کوانتومی طراحی شده‌اند. کار فنی انجام شده است. بخش دشوار، پیاده‌سازی است.

استانداردهای رمزنگاری پساکوانتومی وجود دارند، اما پذیرش آن‌ها کند و پرهزینه خواهد بود. مهاجرت زیرساخت‌هایی که طی دهه‌ها شکل گرفته‌اند، از سامانه‌های بانکی و پرونده‌های پزشکی گرفته تا دستگاه‌های تعبیه‌شده، به زمان، هزینه و هماهنگی گسترده میان فروشندگان، نهادهای ناظر و دولت‌ها نیاز دارد. شور اشاره کرد که سازمان‌های بزرگ اغلب سال‌ها زمان می‌خواهند تا پشته‌های امنیتی خود را بازطراحی کنند؛ سازگاری، سخت‌افزارهای قدیمی و الزامات نظارتی همگی روند مهاجرت را کند می‌کنند.

نقشه‌راه‌های صنعت نیز همین اصطکاک را نشان می‌دهند. بازیگران بزرگ اهداف داخلی تعیین کرده‌اند و گوگل افق ۲۰۲۹ را برای گذار گسترده‌تر مطرح کرده است، در حالی که سیاست‌های آمریکا سامانه‌های حساس فدرال را به سمت ضرب‌الاجل ۲۰۳۱ سوق داده‌اند. این تاریخ‌ها نشانه‌های مهم‌اند، نه راه‌حل‌های جادویی. در عمل، برخی بخش‌ها سریع حرکت خواهند کرد و برخی دیگر عقب می‌مانند.

شور همچنین می‌خواست یک برداشت نادرست رایج درباره هیاهوی کوانتومی را اصلاح کند. بله، تصحیح خطا پیشرفت‌های معناداری داشته است. بله، دستگاه‌های کوانتومی نویزی در مقیاس میانی و نزدیک‌به‌امروز، یا همان NISQ، برای آزمایش بسیار مفیدند. اما ماشین‌های کوانتومی شتاب‌دهنده‌های همگانی نیستند که هر محاسبه‌ای را سریع‌تر کنند. آن‌ها در برخی وظایف می‌درخشند، از شبیه‌سازی سامانه‌های کوانتومی و مدل‌سازی مولکول‌ها گرفته تا حل مسائل مشخص بهینه‌سازی، نه در جایگزینی هر سرور در مرکز داده یا پیش‌بینی بی‌دردسر بازار سهام با دقت کامل.

همین تخصص‌گرایی توضیح می‌دهد که چرا در دهه‌های اخیر الگوریتمی هم‌سنگ الگوریتم شور سیل‌آسا وارد ادبیات علمی نشده است: یافتن الگوریتم‌های کوانتومیِ کاربردیِ گسترده به‌شدت دشوار است و بسیاری از حوزه‌های امیدبخش، محدود و خاص‌اند. امید واقعی در شیمی، علم مواد و زیست‌فناوری نهفته است، حوزه‌هایی که در آن‌ها اثرات کوانتومی بومی هستند و شبیه‌سازی می‌تواند به دستاوردهای واقعی منجر شود.

پس این موضوع چه معنایی برای سازمان‌ها و شهروندان دارد؟ وحشت‌زدگی کمکی نمی‌کند. آسودگی بیش از حد، خطرناک‌تر است. سازمان‌ها باید دارایی‌های رمزنگاری خود را فهرست کنند، سامانه‌هایی را که از اسرار بلندمدت محافظت می‌کنند در اولویت قرار دهند و مهاجرت مرحله‌ای به سازوکارهای پساکوانتومی را آغاز کنند. ساعت هنوز آژیر خطر نیست، اما یک مترونوم است. هدفمند حرکت کنید.