التشفير القائم على الشبكات: علم التمويل الآمن من الكوانتم

تنقل السلسلة: الجزء 4 من 6 في دليل التمويل الآمن من الكوانتم

هندسة الأمان: ما وراء الأعداد الأولية

يعتمد التمويل الرقمي الحديث حاليًا على صعوبة عدد قليل من المشكلات الرياضية المحددة. تعتمد أنظمة مثل RSA على حقيقة أنه من السهل ضرب عددين أوليين كبيرين، بينما يكاد يكون من المستحيل على الحاسوب الكلاسيكي القيام بالعكس وإيجاد تلك الأعداد الأولية من حاصل الضرب. ومع ذلك، كما هو موضح في دليل مخاطر الكوانتم، يمكن للخوارزميات الكوانتمية تجاوز هذه الصعوبة تمامًا.

لتأمين مستقبل الثروة العالمية، انتقلت مجتمع التشفير نحو التشفير القائم على الشبكات. بدلاً من التحليل العددي، تستخدم هذه الطريقة الهندسة. الشبكة هي شبكة من النقاط في فضاء متعدد الأبعاد. بينما من السهل التنقل في شبكة على ورقة في بعدين، فإن الشبكات المستخدمة للأمان توجد في مئات الأبعاد. هذا يخلق متاهة رياضية أصعب بحلول أسية.

مشكلة أقصر متجه (SVP)

تستمد أمان معايير NIST التي نوقشت في الجزء 1: معايير NIST من مشكلة أقصر متجه. في هذا السيناريو، يُعطى المستخدم شبكة عالية الأبعاد ويُطلب منه العثور على النقطة الأقرب إلى الأصل (الصفر). رغم أن هذا يبدو بسيطًا، إلا أنه مع زيادة عدد الأبعاد، يزداد عدد المسارات الممكنة إلى حد كبير بحيث حتى أقوى الحواسيب الكوانتمية لا تملك طريقة فعّالة لإيجاد الجواب.

في نظام قائم على الشبكات، المفتاح الخاص هو في الأساس خريطة تسمح للمستخدم بالتنقل بسهولة في هذه الشبكة المعقدة. المفتاح العام، الذي يراه الجميع، هو مجموعة من الإحداثيات التي تبدو مبعثرة وغير منظمة. بدون الخريطة، يضطر المهاجم إلى اللجوء إلى بحث بالقوة العمياء سيستغرق وقتًا أطول من عمر الكون لإكماله.

التعلم مع الأخطاء (LWE)

ركن ثانوي من أمان الشبكات هو مشكلة التعلم مع الأخطاء (LWE). يتضمن ذلك حل سلسلة من المعادلات الخطية التي تم حقنها عمدًا بكمية صغيرة من “الضوضاء” أو الأخطاء. بالنسبة لحاسوب كلاسيكي أو كوانتمي، تجعل هذه الضوضاء من المستحيل الرجوع للخلف وإيجاد المتغيرات الأصلية دون المفتاح السري.

LWE هو المحرك المحدد وراء ML-KEM، المعيار للتشفير العام. قدرته على توفير أمان قوي مع الحفاظ على أحجام مفاتيح صغيرة نسبيًا تجعله الخيار المثالي لحركة المرور عالية الحجم التي تتعامل معها الأنظمة المصرفية المستكشفة في الجزء 2: البنوك الآمنة من الكوانتم. يتيح للمؤسسات مثل IBM توفير محيط آمن من الكوانتم لعملائها من الشركات.

فائدة متقدمة: التشفير المتجانس الكامل

أحد أكثر الجوانب الواعدة في الرياضيات القائمة على الشبكات هو أنها تمكّن من التشفير المتجانس الكامل (FHE). تقليديًا، لتنفيذ أي عملية حسابية على بيانات مشفرة—مثل بنك يحلل عادات إنفاق العميل—يجب أولاً فك تشفير البيانات، مما يخلق نافذة من الثغرات.

يتيح FHE إجراء عمليات رياضية مباشرة على البيانات المشفرة. النتيجة، عند فك تشفيرها أخيرًا، تكون نفسها كما لو أن العملية قد أُجريت على النص الأصلي. بالنسبة للقطاع المالي، يفتح هذا عصرًا جديدًا من الذكاء الاصطناعي وتحليل البيانات الحافظ على الخصوصية. يضمن أن تظل المعلومات المالية الحساسة محمية حتى أثناء استخدامها لتوليد رؤى أو إجراء تدقيقات.

المقايضة: الأداء مقابل الحماية

التحدي الأساسي في الانتقال من الأعداد الأولية إلى الشبكات هو حجم البيانات. المفاتيح والتوقيعات القائمة على الشبكات أكبر بكثير من تلك المستخدمة اليوم. هذا يتطلب مزيدًا من التخزين ومزيدًا من عرض النطاق الترددي للنقل. بالنسبة لشبكة عالمية، يعني ذلك أن “أنابيب” الاقتصاد الرقمي يجب أن تُرقّى.

الشركات المتخصصة في أمان السحابة ونقل البيانات تتصدر إدارة هذا الانتقال. من خلال تحسين طريقة التعامل مع هذه المفاتيح الأكبر، يضمنون أن الانتقال إلى معيار آمن من الكوانتم لا يضر بسرعة النظام المالي العالمي. تُعد هذه الترقية للبنية التحتية مكونًا أساسيًا من الدورة الفائقة متعددة العقود التي نوقشت في محور التمويل الآمن من الكوانتم.

لرؤية كيفية تطبيق هذه الرياضيات لتأمين السوق المتنامية بسرعة للأصول الرقمية، راجع الجزء 5: ترقية السجل: منصات RWA المقاومة للكوانتم.

الخلاصة

التشفير القائم على الشبكات هو أكثر من مجرد بديل للمعايير الحالية؛ إنه ترقية أساسية لكيفية حماية المعلومات الرقمية. من خلال إرساء الأمان على مشكلات هندسية مقاومة للتحليل الكوانتمي، يوفر درعًا دائمًا للاقتصاد الرقمي. مع تحول هذه الرياضيات إلى المعيار العالمي، سيضمن ذلك بقاء الثروة الرقمية آمنة بغض النظر عن قوة الحوسبة المستخدمة في الهجوم.