أصبح أول كمبيوتر كمي يكسر التشفير قريبًا بشكل مثير للصدمة

يبدو الآن أن الكمبيوتر الكمي القادر على كسر التشفير الذي يؤمن الإنترنت أصبح قاب قوسين أو أدنى. توضح الاكتشافات المذهلة التي توصل إليها فريقان من الباحثين كيف يمكن أن يحدث ذلك، حيث يشير أحدهما إلى أن أكبر آلة كمومية حاليًا قد قطعت بالفعل أكثر من نصف الطريق نحو الحجم المطلوب.

تتعلق الدراستان بتقنية تشفير مبنية على مشكلة اللوغاريتم المنفصل للمنحنى الإهليلجي (ECDLP). إن التفاصيل المتعلقة بكيفية حل هذه المشكلة الرياضية جعلتها مرشحًا جيدًا لتشفير البيانات وأدت إلى اعتمادها على نطاق واسع لتأمين الكثير من اتصالات الإنترنت، بما في ذلك المعاملات المصرفية، وكل العملات المشفرة الرئيسية تقريبًا، بما في ذلك البيتكوين.

من الصعب للغاية على أجهزة الكمبيوتر التقليدية فك التشفير المعتمد على ECDLP، لكن منذ التسعينيات عرف الباحثون أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية لن تواجه نفس المشكلة. ومع ذلك، كان بناء حاسوب كمي كبير بما يكفي مستحيلًا هندسيًا، لذلك بدا مصدر قلق بعيد.

في السنوات الأخيرة، تقدمت النظرية والهندسة بسرعة مذهلة، مما أدى إلى تقليص الجدول الزمني بشكل كبير. على الصعيد النظري، قام الباحثون بتحسين خوارزميات القرصنة الكمومية لتقليل الكمية الفعلية من قوة الحوسبة الكمومية المطلوبة. على سبيل المثال، في عام 2019، كان أفضل تقدير للحجم المطلوب لاختراق طريقة تشفير ذات صلة تسمى RSA-2048 هو 20 مليون كيوبت – الكيوبت هو المعادل الكمي لبت الكمبيوتر التقليدي. وفي فبراير من هذا العام، أصبح هذا العدد 100 ألف كيوبت فقط.

علاوة على ذلك، في عام 2019، بالكاد تجاوزت أجهزة الكمبيوتر الكمومية الحديثة 50 كيوبت. تحتوي أكبر أجهزة الكمبيوتر الكمومية اليوم على أكثر من 1000 كيوبت، كما أن أكبر مجموعة من الكيوبتات – والتي لم يتم استخدامها فعليًا للحساب بعد – تحتوي على 6100 منها.

الآن، يعتقد دوليف بلوفشتاين من شركة Oratomic وفريقه أن ECDLP يمكن أن يقع في أيدي آلة تحتوي على 10000 كيوبت فقط. في حين أن عملية فك التشفير هذه قد تستغرق عدة سنوات من وقت تشغيل الكمبيوتر الكمي، فقد رسم رايان بابوش من قسم الأبحاث الكمومية في Google وزملاؤه بشكل منفصل كيف يمكن لـ 500000 كيوبت أن تفعل الشيء نفسه في أقل من 9 دقائق.

كتب جاستن دريك من مؤسسة إيثريوم، والذي تعاون مع باحثي جوجل، على X أن هذا يوم بالغ الأهمية للحوسبة الكمومية والتشفير.

اعتمد بلوفشتاين وزملاؤه في حساباتهم على الكيوبتات المصنوعة من ذرات شديدة البرودة يتم التحكم فيها بواسطة الليزر. يمكن ربط هذه البتات الكمومية ببعضها البعض بعدة طرق، وهذا الترابط الكبير يفسر جزئيًا انخفاض متطلبات البتات الكمومية.

يقول بلوفستاين إن إنشاء مجموعة من 10000 كيوبت فائقة البرودة قد يكون ممكنًا في غضون عام، لكن التحدي الحقيقي سيكون التحكم فيها بشكل جيد بما فيه الكفاية، وجعلها تعمل بسرعة كافية. لا توجد طرق مختصرة، مثل توصيل العديد من الأجهزة الموجودة، حيث يجب أن تكون الكيوبتات قادرة على التفاعل بشكل صحيح مع بعضها البعض.

يعتقد بلوفشتاين أن الآلة القادرة بما فيه الكفاية لن تكون جاهزة حتى نهاية العقد. ويقول: “هناك الكثير من التقدم الذي يجب تحقيقه، ولكنه بدأ يصبح شيئًا يمكن للناس أن يتخيلوا بنائه حقًا”.

مخاوف التشفير

وتوصل فريق جوجل إلى استنتاجاته بناءً على نوع مختلف من أجهزة الكمبيوتر الكمومية المصنوعة من دوائر فائقة التوصيل، والتي تعتبر على نطاق واسع تقنية أكثر نضجًا والتقنية التي تدعمها جوجل بشدة.

رفض الباحثون التعليق علنًا على العمل، لكنهم كتبوا في ورقتهم البحثية أن “تقديرات الموارد يمكن تخفيضها بشكل كبير من خلال وضع افتراضات أكثر جرأة حول قدرات الأجهزة”، مما يشير إلى أن تقدير الـ 500000 كيوبت هو تقدير متحفظ. والجدير بالذكر أن الباحثين اختاروا حذف التفاصيل الكاملة لخوارزمية فك التشفير الخاصة بهم، مشيرين إلى مخاوف أمنية.

وكتبوا أيضًا أنه يمكن استخدام مثل هذا الكمبيوتر الكمي لاعتراض معاملة العملة المشفرة وإعادة توجيه الأموال – وسرقتها بشكل أساسي – في فترة زمنية قصيرة قبل تسجيلها.

وبالنظر إلى الدراستين، تبدو عملة البيتكوين بالتأكيد عرضة للهجوم الكمي في وقت أبكر مما كان معروفًا سابقًا، كما يقول سكوت آرونسون من جامعة تكساس في أوستن.

يقول ستيفانو جوجيوسو من جامعة أكسفورد إن كلا النوعين من أجهزة الكمبيوتر الكمومية يواجهان تحديات هندسية كبيرة قبل أن يتم تنفيذ أي من النتيجتين عمليًا، وخاصة نهج الذرة فائقة البرودة، وهي تقنية غير مثبتة إلى حد كبير. ولكن هناك سببًا للقلق بشأن أمن عالمنا الرقمي، كما يقول.

توفر بعض متصفحات الإنترنت بالفعل تشفيرًا منيعًا ضد الهجمات الكمومية، أو ما يسمى بالتشفير ما بعد الكمي (PQC)، وقد تكون البنوك التقليدية قادرة على إحباط المتسللين الكميين بعد تعرضهم للهجوم، لكن الأنظمة اللامركزية للعملات المشفرة ستكون أكثر عرضة للخطر، كما يقول جوجيوسو. وقد حثت Google مؤخرًا على الانتقال إلى PQC بحلول عام 2029، وهو ما يقول Gogioso إنه يبدو ضروريًا أكثر من أي وقت مضى.

يقول داستن مودي من المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) في ماريلاند: “هذا هو بالضبط السبب الذي دفعنا إلى البدء بمشروع توحيد معايير PQC منذ أكثر من عقد من الزمن”. “لقد عرفنا دائمًا أنه مع تحسن الأجهزة الكمومية، تتحسن الخوارزميات أيضًا.”

وقد اختارت NIST العديد من خوارزميات PQC التي يمكن أن تصبح المعيار الأمني ​​في مستقبل مليء بأجهزة الكمبيوتر الكمومية العملية، وتهدف الحكومة الفيدرالية الأمريكية إلى الانتقال إلى استخدامها بحلول عام 2035. لكن مودي يقول إن المنظمات يجب أن تبدأ تحولها في أقرب وقت ممكن. ويقول: “تعزز هذه الأبحاث فكرة أن نافذة الهجرة محدودة، وأن وقت العمل قد حان الآن”.