التشفير القائم على الشبكات: علم التمويل الآمن كميًا

التنقل بين أجزاء السلسلة: الجزء 4 من 6 دليل التمويل الآمن الكمي

هندسة الأمن: ما وراء الأعداد الأولية

يعتمد التمويل الرقمي الحديث حاليًا على صعوبة حل بعض المسائل الرياضية المحددة. تعتمد أنظمة مثل RSA على حقيقة أنه بينما يسهل ضرب عددين أوليين كبيرين، يكاد يكون من المستحيل على الحاسوب التقليدي القيام بالعكس وإيجاد هذين العددين الأوليين من ناتج الضرب. ومع ذلك، كما هو مذكور في دليل المخاطر الكمومية، يمكن للخوارزميات الكمومية أن تتجاوز هذه الصعوبة تمامًا.

لضمان مستقبل الثروة العالمية، اتجه مجتمع التشفير نحو التشفير القائم على الشبكات. فبدلاً من التحليل العددي، تستخدم هذه الطريقة الهندسة. الشبكة عبارة عن مجموعة من النقاط في فضاء متعدد الأبعاد. وبينما يسهل التنقل في شبكة على ورقة ثنائية الأبعاد، فإن الشبكات المستخدمة في الأمن تتكون من مئات الأبعاد. وهذا يخلق متاهة رياضية يصعب حلها بشكل كبير.

مسألة أقصر متجه (SVP)

أمن معايير المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) التي تمت مناقشتها في الجزء الأول: معايير المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا تُشتق هذه المسألة من مسألة أقصر متجه. في هذا السيناريو، يُعطى المستخدم شبكة متعددة الأبعاد ويُطلب منه إيجاد أقرب نقطة إلى نقطة الأصل (الصفر). مع أن هذا يبدو بسيطًا، إلا أنه مع ازدياد عدد الأبعاد، يزداد عدد المسارات الممكنة بشكل كبير لدرجة أن حتى أقوى الحواسيب الكمومية تفتقر إلى طريقة فعالة لإيجاد الحل.

في نظام قائم على الشبكة، يُعدّ المفتاح الخاص بمثابة خريطة تُمكّن المستخدم من التنقل بسهولة في هذه الشبكة المعقدة. أما المفتاح العام، الذي يراه الجميع، فهو عبارة عن مجموعة من الإحداثيات تبدو متناثرة وغير منظمة. وبدون هذه الخريطة، يضطر المهاجم إلى اللجوء إلى بحث شامل يستغرق وقتًا أطول من عمر الكون.

التعلم من خلال الأخطاء (LWE)

يُعدّ التعلّم مع الأخطاء (LWE) ركيزة ثانوية لأمن الشبكات. يتضمن هذا حلّ سلسلة من المعادلات الخطية التي أُدخلت عليها عمداً كمية ضئيلة من "التشويش" أو الأخطاء. بالنسبة للحاسوب التقليدي أو الكمومي، يجعل هذا التشويش من المستحيل الرجوع إلى الحل الأصلي والعثور على المتغيرات الأصلية دون المفتاح السري.

يُعدّ LWE المحرك الأساسي لـ ML-KEM، وهو المعيار المستخدم في التشفير العام. وقدرته على توفير أمان قوي مع الحفاظ على أحجام مفاتيح صغيرة نسبيًا تجعله الخيار الأمثل لحجم البيانات الكبير الذي تتعامل معه الأنظمة المصرفية المذكورة في الجزء الثاني: الخدمات المصرفية الآمنة الكمومية. يسمح ذلك لمؤسسات مثل IBM بتوفير محيط آمن من الهجمات الكمومية لعملائها من الشركات.

أداة متقدمة: التشفير المتماثل بالكامل

من أبرز الجوانب الواعدة للرياضيات القائمة على الشبكات أنها تُمكّن من التشفير التام التماثلي (FHE). تقليديًا، لإجراء أي عملية حسابية على البيانات المشفرة - كتحليل بنك لعادات إنفاق أحد العملاء - يجب فك تشفير البيانات أولًا، مما يُنشئ ثغرة أمنية.

تتيح تقنية التشفير المتجانس الكامل (FHE) إجراء العمليات الحسابية مباشرةً على البيانات المشفرة. وتكون النتيجة، عند فك التشفير، مطابقةً تمامًا لما لو أُجريت العملية على النص الأصلي. بالنسبة للقطاع المالي، يُمهد هذا الطريق لعصر جديد من الذكاء الاصطناعي وتحليل البيانات مع الحفاظ على الخصوصية. فهو يضمن حماية المعلومات المالية الحساسة حتى أثناء استخدامها لاستخلاص الرؤى أو إجراء عمليات التدقيق.

المفاضلة: الأداء مقابل الحماية

يتمثل التحدي الرئيسي في الانتقال من الأعداد الأولية إلى الشبكات في حجم البيانات. فالمفاتيح والتوقيعات القائمة على الشبكات أكبر بكثير من تلك المستخدمة حاليًا، مما يتطلب مساحة تخزين أكبر ونطاق ترددي أوسع للإرسال. بالنسبة للشبكات العالمية، يعني هذا ضرورة تطوير البنية التحتية للاقتصاد الرقمي.

تتصدر الشركات المتخصصة في أمن الحوسبة السحابية ونقل البيانات جهود إدارة هذا التحول. فمن خلال تحسين كيفية التعامل مع هذه المفاتيح الأكبر حجمًا، تضمن هذه الشركات ألا يؤثر الانتقال إلى معيار آمن ضد الحوسبة الكمومية على سرعة النظام المالي العالمي. ويُعدّ هذا التحديث للبنية التحتية عنصرًا أساسيًا في الدورة الاقتصادية الكبرى الممتدة لعقود، والتي نوقشت في مركز التمويل الآمن من الكم.

للاطلاع على كيفية تطبيق هذه الرياضيات لتأمين سوق الأصول الرقمية سريع النمو، انظر الجزء الخامس: ترقية دفتر الأستاذ: منصات RWA المقاومة للحوسبة الكمومية.

خاتمة

لا يقتصر التشفير القائم على الشبكات على كونه بديلاً للمعايير الحالية فحسب، بل هو نقلة نوعية في كيفية حماية المعلومات الرقمية. فمن خلال ترسيخ الأمن في مسائل هندسية مقاومة للتحليل الكمي، يوفر هذا التشفير درعاً دائماً للاقتصاد الرقمي. ومع تحول هذه الرياضيات إلى معيار عالمي، سيضمن ذلك بقاء الثروة الرقمية آمنة بغض النظر عن قوة الحوسبة المستخدمة في اختراقها.