الگوریتم شور و آینده امنیت اینترنت در دنیای کوانتومی

وقتی پیتر شور الگوریتمی را طراحی کرد که می‌تواند اعداد بسیار بزرگ را در زمان چندجمله‌ای تجزیه کند، برخی صاحب‌نظران با هیجان اعلام کردند که امنیت اینترنت به پایان رسیده است. اما ماجرا به این سادگی نیست. خود شور، که اکنون یکی از چهره‌های شناخته‌شده در محافل رایانش کوانتومی است، می‌گوید آینده بسیار پیچیده‌تر از تیترهای جنجالی رسانه‌هاست.

دستاورد شور در سال ۱۹۹۴ کاملا روشن بود: اگر یک رایانه کوانتومی به‌اندازه کافی بزرگ و دارای تصحیح خطا در اختیار باشد، سامانه‌های کلید عمومی کلاسیک مانند RSA و ECC آسیب‌پذیر می‌شوند، زیرا این الگوریتم می‌تواند ساختار عددی‌ای را که این سامانه‌ها بر آن تکیه دارند، به‌طور کارآمد پیدا کند. بااین‌حال، پردازنده‌های کوانتومی امروز هنوز کوچک و پرنویز هستند. آن‌ها تعداد کیوبیت و تحمل خطای لازم را برای اجرای الگوریتم شور در مقیاسی که رمزنگاری دنیای واقعی را تهدید کند، ندارند.

در یکی از کنفرانس‌های اخیر فناوری‌های کوانتومی در بوستون، شور بر نکته‌ای عمل‌گرایانه تأکید کرد: توانایی شکستن رمزنگاری فعلی به‌معنای فروپاشی اجتناب‌ناپذیر نیست. رمزنگاری پساکوانتومی وجود دارد. نهادهای استانداردگذاری، به‌ویژه NIST، سال‌هاست با جدیت مشغول ارزیابی و انتشار الگوریتم‌هایی هستند که برای مقاومت در برابر حملات کوانتومی طراحی شده‌اند. کار فنی انجام شده است. بخش دشوار، اجرا و پیاده‌سازی آن است.

استانداردهای رمزنگاری پساکوانتومی وجود دارند، اما پذیرش آن‌ها کند و پرهزینه خواهد بود. مهاجرت زیرساخت‌هایی که طی چند دهه شکل گرفته‌اند، از شبکه‌های بانکی و سوابق پزشکی گرفته تا دستگاه‌های嵌‌شده، به زمان، بودجه و هماهنگی گسترده میان فروشندگان، نهادهای ناظر و دولت‌ها نیاز دارد. شور یادآور شد که سازمان‌های بزرگ معمولا برای بازطراحی لایه‌های امنیتی خود به چندین سال زمان نیاز دارند؛ سازگاری نرم‌افزاری، سخت‌افزارهای قدیمی و الزامات قانونی همگی دست‌به‌دست هم می‌دهند تا روند مهاجرت کندتر شود.

نقشه‌راه‌های صنعت نیز همین اصطکاک را نشان می‌دهند. بازیگران بزرگ اهداف داخلی تعیین کرده‌اند؛ گوگل افق سال ۲۰۲۹ را برای گذارهای گسترده‌تر مطرح کرده و سیاست‌گذاری ایالات متحده نیز سامانه‌های حساس فدرال را به‌سوی ضرب‌الاجل ۲۰۳۱ سوق داده است. این تاریخ‌ها نقطه عطف هستند، نه راه‌حل جادویی. در عمل، برخی بخش‌ها سریع حرکت خواهند کرد و برخی دیگر عقب خواهند ماند.

شور همچنین می‌خواست یک برداشت نادرست رایج درباره هیاهوی کوانتومی را اصلاح کند. بله، تصحیح خطا پیشرفت‌های معناداری داشته است. بله، دستگاه‌های کوانتومی پرنویز با مقیاس متوسط، یا NISQ، برای آزمایش و پژوهش مفید هستند. اما ماشین‌های کوانتومی شتاب‌دهنده‌های جهانی نیستند که هر نوع محاسبه‌ای را سریع‌تر کنند. آن‌ها در برخی وظایف خاص می‌درخشند؛ شبیه‌سازی سامانه‌های کوانتومی، مدل‌سازی مولکول‌ها و حل برخی مسائل بهینه‌سازی مشخص، نه جایگزینی همه سرورهای یک مرکز داده یا پیش‌بینی بازار سهام با دقتی بی‌زحمت.

همین تخصصی‌بودن توضیح می‌دهد که چرا در دهه‌های اخیر الگوریتمی هم‌سنگ الگوریتم شور ادبیات علمی را فرا نگرفته است: یافتن الگوریتم‌های کوانتومی با کاربرد گسترده به‌طرز حیرت‌آوری دشوار است و بسیاری از حوزه‌های امیدبخش، دامنه‌ای محدود دارند. وعده واقعی رایانش کوانتومی در شیمی، علم مواد و زیست‌فناوری نهفته است؛ حوزه‌هایی که اثرات کوانتومی در آن‌ها ذاتی‌اند و شبیه‌سازی می‌تواند به پیشرفت‌های واقعی منجر شود.

پس جایگاه کسب‌وکارها و شهروندان در این میان چیست؟ وحشت کمکی نمی‌کند. اما آسودگی بیش از حد خطرناک‌تر است. سازمان‌ها باید دارایی‌های رمزنگاری خود را فهرست کنند، سامانه‌هایی را که از اسرار بلندمدت محافظت می‌کنند در اولویت بگذارند و مهاجرت مرحله‌ای به سازوکارهای رمزنگاری پساکوانتومی را آغاز کنند. ساعت هنوز زنگ خطر نیست، اما مانند مترونوم در حال ضرب‌گرفتن است. باید هدفمند حرکت کرد.