الحصاد الآن فك التشفير لاحقًا: شرح التهديد الكمي

تقوم استراتيجية الاختراق «اجمع الآن وفك التشفير لاحقًا» على الاعتقاد بأن الحوسبة الكمومية الميسورة التكلفة قد تصبح متاحة خلال سنوات قليلة. ويمكن لهذه الحواسيب أن تتفوق على الأنظمة التقليدية بآلاف المرات في مهام محددة، بما قد يتيح كسر كثير من أقوى تقنيات التشفير المستخدمة اليوم. إليك ما تحتاج إلى معرفته.

الحواسيب الكمومية تتفوق في مهام محددة

الحواسيب الكمومية موجودة بالفعل، ويمكنها في حالات معينة التفوق على أقوى الحواسيب الفائقة. لكن هذه الأفضلية تقتصر على مهام محددة تستفيد من الخوارزميات الكمومية. فقد تنجز بعض مهام التحسين خلال دقائق، بينما تحتاج الحواسيب التقليدية القوية إلى أيام.
قد تستغرق مهام مثل أخذ عينات من دوائر كمومية عشوائية أكثر من 47 عامًا على Frontier، وهو حاسوب فائق رائد، في حين استغرق نظام كمومي ست ثوانٍ لإنجاز المهمة نفسها. ويربط النص ذلك بإنجاز عام 2019، عندما نفذ معالج Sycamore من غوغل مهمة أخذ عينات خلال ثوانٍ، بينما قدرت الشركة أن الحواسيب التقليدية ستحتاج إلى وقت أطول بكثير. إلا أن هذا الاختبار أثار جدلًا، وقد ضيقت التحسينات في الخوارزميات التقليدية الفجوة.

اجمع الآن وفك التشفير لاحقًا (HNDL)

مع ازدياد استقرار الحواسيب الكمومية وانخفاض تكلفتها، تأتي مزايا عديدة إلى جانب مخاطر على البنية التحتية وإجراءات الأمن الحالية. وتعني استراتيجية «اجمع الآن وفك التشفير لاحقًا» حصول المهاجمين على نسخ من البيانات المشفرة بهدف فكها في وقت لاحق.

بدأت الفكرة تكتسب زخمًا في أوائل العقد الماضي، بالتزامن مع انتشار العملات المشفرة والبروتوكولات المتقدمة. فقد استخدمت هذه الأنظمة تشفيرًا قائمًا على مسائل رياضية يتطلب حلها بالتقنيات الحالية وقتًا هائلًا.

لكن مهاجمي HNDL لا يسعون إلى كسر التشفير اليوم. هدفهم تخزين البيانات إلى أن تصبح الحواسيب الكمومية متاحة على نطاق واسع. وقد تسمح لهم خوارزميات مثل خوارزمية شور بكسر تقنيات مهمة، منها تشفير المنحنيات الإهليلجية (ECC) وتشفير RSA.

خوارزمية شور

تستند هذه القدرة إلى خوارزمية شور، التي طورها بيتر شور عام 1994 لتحليل الأعداد الصحيحة الكبيرة إلى عواملها باستخدام الأنظمة الكمومية. ويمكنها حل مسائل تستغرق الأنظمة التقليدية عقودًا في وقت أقصر بكثير، ما يهدد صلاحية تقنيات مثل RSA.

إدوارد سنودن

ظهر أول كشف عن هذه الاستراتيجية عام 2013، حين غادر إدوارد سنودن الولايات المتحدة خوفًا على سلامته بعد فضح نطاق مراقبة وكالة الأمن القومي للمدنيين. ووثقت إفصاحاته جمع الوكالة بيانات مشفرة بصورة منتظمة بهدف استخدام تقنيات مستقبلية لكسر تشفيرها.

المصدر – Freedom of the Press

ازدادت أهمية الفكرة عندما تحدث خبير التشفير ميكيلي موسكا وآخرون عن قدرة الحواسيب الكمومية على جعل تشفير التجارة الإلكترونية الحالي متقادمًا. وقد دفعت هذه المخاوف، مع الاختراقات التقنية الحديثة، الحكومات والشركات إلى وضع خطط عاجلة للانتقال إلى حلول جديدة.

الخطر حقيقي ويحدث اليوم

يصعب الحصول على إحصاءات موثوقة عن هجمات HNDL بسبب طبيعتها التقنية، لكن مخاطرها قائمة. ووفقًا لـاستطلاعات ديلويت، ينبغي أن تكون من أبرز مخاوف أي مؤسسة تحتفظ ببيانات شديدة الحساسية وطويلة الأجل.

أنواع البيانات المعرضة للخطر

لفهم خطورة هذه الطريقة، يجب النظر إلى البيانات المستهدفة. فالمهاجمون لا يبحثون عن معلومات قصيرة العمر، بل عن بيانات تحتفظ بقيمتها طويلًا، مثل السجلات المالية والصحية الخاضعة للتنظيم.

وتتزايد التقارير عن استخدامها لاستهداف الملكية الفكرية والأسرار التجارية والبرامج الحكومية واستراتيجيات الدفاع. فهذه المعلومات تحتفظ بقيمتها مع الزمن، وقد تزداد أهمية بعضها.

يوم كيو

ينتظر هؤلاء المهاجمون «يوم كيو»، أي اللحظة التي تصبح فيها الحواسيب الكمومية قادرة على كسر معظم أساليب التشفير القديمة. ويعتمد هذا التحول الافتراضي على حواسيب كمومية ذات صلة عملية بالتشفير، تدعم كيوبتات مستقرة وتشغيل خوارزميات قادرة على تهديد التشفير غير المتماثل.

يرى محللون أن يوم كيو يقترب. ويضعه بعضهم في وقت مبكر قد يصل إلى هذا العام، بينما يعتقد آخرون أن أمام الشركات والحكومات عقدًا آخر للاستعداد. ومع ذلك، تعد هذه التقديرات أن التوقعات الأولى التي أجلته إلى خمسينيات هذا القرن كانت متفائلة أكثر من اللازم بشأن الوقت المتاح للتحضير.

لماذا تمثل استراتيجية «اجمع الآن وفك التشفير لاحقًا» تهديدًا حقيقيًا؟

الحواسيب الكمومية نادرة للغاية حاليًا ومكلفة التشغيل والصيانة، ولذلك يقتصر توفرها أساسًا على دول لديها مرافق بحثية متقدمة ومؤسسات قادرة على تلبية متطلباتها.

مع تطور التقنية وانخفاض تكاليف تشغيلها، ستتمكن دول ومؤسسات أكثر من شراء الأنظمة الكمومية واستخدامها. ويدرك المهاجمون المدعومون من الدول ذلك، لذا كثفوا سرقة البيانات المشفرة طويلة الأجل. وقد يصعب اكتشاف أثر هذه الاستراتيجية قبل فك تشفير البيانات المسروقة.

طور المهندسون بعض الأساليب التي قد تسرع اكتشاف التسلل، ومنها مراقبة الأحجام غير المعتادة للبيانات المنقولة خارج الأنظمة. لكن من الصعب معرفة أي بيانات سُرقت بالفعل وتنتظر إتاحتها مستقبلًا.

كيفية حماية بياناتك

نظرًا إلى سرعة تطور هذه الأجهزة والتوقعات باتساع توفرها بنهاية العقد، من المهم أن تتعلم المؤسسات كيف تحافظ على حمايتها. ومن أولى الخطوات إجراء جرد لجميع أصولها التي تستخدم التشفير.

التشفير ما بعد الكم (PQC)

يسمح هذا الجرد بإعداد قائمة بالأصول التي تحتاج إلى الانتقال إلى تشفير ما بعد الكم (PQC). وينبغي تحديد كل أصل وتقنية التشفير المستخدمة فيه، ومدة الحماية المطلوبة ومسارات التعرض المحتملة، مع مراعاة الخطر الكمومي.

يمكن للشركات استخدام مقاييس مثل درجة مخاطر HNDL لتحديد البيانات الأكثر تعرضًا. ثم تُقارن هذه النتائج بمعلومات الهجمات الحالية لضمان إعطاء الأولوية للبيانات الأعلى قيمة والأكثر استهدافًا. والهدف هو استخدام تشفير يوفر حماية تتجاوز عشر سنوات.

معايير PQC الخاصة بـ NIST

تأسس المعهد الوطني الأمريكي للمعايير والتكنولوجيا (NIST) عام 1901 بوصفه وكالة تابعة لوزارة التجارة. وتتمثل مهمته في وضع معايير تدعم الابتكار وتحافظ في الوقت نفسه على الأمن وحماية المستهلك.

من أدواره الأساسية وضع معايير أمنية لقطاع التكنولوجيا ضمن إطار الأمن السيبراني (CSF). وقد كان هذا الإطار مرجعًا مهمًا للشركات التي تبحث عن إرشادات للحفاظ على أمنها في مستقبل الحوسبة الكمومية.

قدم المعهد عدة معايير لتشفير ما بعد الكم، منها FIPS 203–205 وML-KEM وML-DSA وSLH-DSA. وخضعت هذه الأساليب لتقييم قدرتها على مقاومة الهجمات الكمومية المستقبلية.

الحاسوب الكمومي ذو الصلة العملية بالتشفير

يشير مصطلح الحاسوب الكمومي ذي الصلة العملية بالتشفير (CRQC) إلى نظام كمومي متحمل للأخطاء وقادر على تشغيل خوارزمية شور بالحجم اللازم لتهديد التشفير. ولا تزال هذه الأجهزة بعيدة عن الاستخدام العملي.

يعمل المهندسون على تجاوز عقبات تقنية عديدة قبل إتاحة هذه الأنظمة. فعليها مثلًا دعم آلاف الكيوبتات المنطقية. وهذه مهمة صعبة لأن الكيوبتات المنطقية تتكون من أعداد كبيرة من الكيوبتات الفيزيائية، قد تبلغ الملايين، مع استخدام أكواد تصحيح الأخطاء لمعالجة فقدان الترابط الكمومي.

لا يزال فقدان الترابط عاملًا رئيسيًا يحد من تصميم الحواسيب الكمومية. لكن اختراقات حديثة قد تساعد على جعل هذه الأنظمة واقعًا خلال السنوات الخمس المقبلة.

أي دول تجري عمليات HNDL؟

تُشتبه دول عديدة في تنفيذ عمليات HNDL. وقد كشف سنودن أن وكالات أمريكية استخدمت هذه الطريقة لسنوات لجمع معلومات قد تُستخدم يومًا ما في تتبع المواطنين الأمريكيين أو تصنيفهم.

الصين، روسيا، كوريا الشمالية

كما تُشتبه الصين وروسيا وكوريا الشمالية في تنفيذ عمليات HNDL ضد دول أخرى. وفي إحدى الحالات، اتُّهمت الصين بسرقة ملكية فكرية من شركات دفاع، بما يتيح جمع كميات كبيرة من البيانات التي قد تُفك شفرتها مستقبلًا.

العملات المشفرة

بذل قطاع البلوكشين جهودًا كبيرة للاستعداد ليوم كيو. فالحواسيب الكمومية قد تكسر التشفير القائم على المنحنيات الإهليلجية، بما فيه ECDSA، الذي تعتمد عليه مشاريع رائدة مثل بيتكوين وإيثريوم.

تتمثل إحدى المشكلات الأساسية في أن حاسوبًا كموميًا قويًا بما يكفي قد يستنتج المفاتيح الخاصة من المفاتيح العامة المكشوفة خلال دقائق، بينما تحتاج الحواسيب التقليدية إلى عقود أو أكثر. ولهذا تعمل مشاريع متعددة على دمج وسائل حماية كمومية.

كيف يمكن للبلوكشين منع الهجمات الكمومية

تستطيع شبكات البلوكشين تعزيز دفاعاتها ضد الهجمات الكمومية بطرق مختلفة. وبعض المشاريع تبنت هذه الحماية بالفعل، وكان Quantum Resistant Ledger أول عملة مشفرة تدمجها عام 2018.

تستخدم هذه الشبكة تقنيات منها نظام توقيع قائم على التجزئة معتمد من NIST. وتستند الحماية إلى مخطط توقيع ميركل الموسع XMSS.

ماذا عن المشاريع التقليدية مثل بيتكوين

معظم شبكات البلوكشين ليست محمية من التهديد الكمومي حاليًا. ولذلك ستحتاج إلى تغييرات أوسع، قد تتطلب انقسامًا صلبًا عند تعديل الخوارزميات الأساسية للمشروع.

تحفظ بيتكوين كور على تغييرات الإجماع

يُعرف مشروع بيتكوين كور برغبته في عدم تغيير خوارزمية الإجماع حفاظًا على الاستقرار والتوافق والإصدارات السابقة. ورغم المقاومة القوية للانقسامات الصلبة، فقد طُرحت مقترحات للحماية من الهجمات الكمومية، كما حدثت انقسامات صلبة في السابق.

مخاطر الأمن القومي

يتزايد أيضًا عدد المحللين الأمنيين الذين يحذرون من هجمات HNDL على أعلى المستويات الحكومية. فقد تصبح المحادثات الدبلوماسية والعمليات العسكرية السابقة والشبكات السرية وخطط الدفاع متاحة على نطاق واسع بعد يوم كيو.

قد تكشف هذه التقنية أسرارًا نجحت الحكومات في حمايتها لعقود، بما في ذلك معاملات حكومية سرية وعمليات مالية أخرى شديدة الحساسية.

كم من الوقت لديك للتحضير ليوم كيو

لا يوجد موعد محدد لظهور حاسوب كمومي عملي قادر على تهديد التشفير، ولا يزال المحللون مختلفين. ففي التقديرات الأكثر تحفظًا، يضع كثير من الخبراء الموعد بعد عام 2035، بما ينسجم مع خارطة IBM للتوسع.

وفي الطرف الآخر، يرى البعض أن التقنية قد تتحقق خلال خمس سنوات، مع آثار واسعة في أوائل ثلاثينيات هذا القرن. ويستندون إلى اختراقات حديثة أنتجت كيوبتات أكثر استقرارًا ورقائق أقوى.

الشركات الرائدة في الانتقال إلى أمن ما بعد الكم

تتزايد المؤسسات والشركات التي تبادر إلى الوقاية من الهجمات الكمومية المستقبلية. وهي تنفق مبالغ كبيرة على الأبحاث واختبار أنظمتها لتجنب خسائر بمليارات الدولارات لاحقًا.

IBM

تظل IBM (IBM ) رائدة في الأنظمة الكمومية المتحملة للأخطاء. وقد عملت على أدوات آلية لإدارة التشفير، مثل Guardium Cryptography Manager، للحد من الهجمات المستقبلية. كما التزمت بتحقيق توافق كامل مع معايير NIST لتشفير ما بعد الكم بحلول نهاية 2026.

تتمتع IBM بميزة العمل مباشرة في الحوسبة الكمومية، ما يمنحها معرفة عملية بالتطورات. وقد بدأت اختبار نظام Condor الذي يضم 1,121 كيوبتًا. وتضيف الأجيال الجديدة من رقائقها مزيدًا من الكيوبتات، ما يقرب يوم كيو.

تتوقع IBM الوصول إلى 2,000 كيوبت منطقي في رقاقة Blue Jay. ووفق التقدير الوارد هنا، سيبقى بينها وبين الحد اللازم لمهاجمة RSA-2048 بخوارزمية شور 372 كيوبتًا منطقيًا فقط، ما قد يجعلها حاسوبًا ذا صلة عملية بالتشفير.

اجمع الآن وفك التشفير لاحقًا: هل ينبغي أن نقلق؟

نعم، إن احتمال تمكن الحواسيب الكمومية من كسر تقنيات تشفير راسخة بسرعة كبيرة يمثل تحديًا حقيقيًا يستحق الاهتمام. لكن ما تزال عقبات تقنية كثيرة قبل بلوغ هذه القدرة. ويفترض التقدير الوارد في المقال توفر خمس سنوات على الأقل للاستعداد، مع أهمية البدء مبكرًا في حماية قواعد البيانات من التهديد الكمومي.

تعرّف على تطورات أخرى مثيرة للاهتمام في الحوسبة هنا.