أثر الاتصال الكمي على أمن مركز البيانات

وتشكل مراكز البيانات العمود الفقري للاقتصاد الرقمي، وتخزين وتجهيز كميات هائلة من المعلومات الحساسة، حيث تزداد التهديدات الإلكترونية تطورا، تتعرض أساليب التشفير التقليدية لضغوط مستمرة، ويتيح الاتصال الكمي تحولا في النموذج في كيفية حماية مراكز البيانات للبيانات، والاستفادة من القوانين الأساسية للفيزياء لخلق الأمن الذي لا يمكن كسره نظريا، وتستكشف هذه المادة كيف تؤثر تطبيقات الاتصالات الكمية على أمن مراكز البيانات في المستقبل، من جهة أخرى.

فهم الاتصالات الكمية

فالتواصل الكمي هو ميدان يُنقل المعلومات المُنَزَّعة في الولايات الكمية، ويستخدم عادة الصور، وخلافاً للعضات الكلاسيكية (0 أو 1)، يمكن أن توجد أجزاء كمية (الكعوب) في مكان مشرف على الولايات، مما يتيح سبلاً جديدة أساساً لتأمين البيانات، ويرتكز مبدأان رئيسيان على الاتصالات الكمية: التحلل والتشابك.

التحلل والكميات

ويمكن أن يمثل الأرصفة صفراً وواحداً في آن واحد حتى يتم قياسهما، وتتيح هذه الممتلكات نظماً كمية لتجهيز المعلومات بطرق مستحيلة للنظم الكلاسيكية، وفي مجال الاتصالات، يتيح التحلل إنشاء مفاتيح من خلال التوزيع الرئيسي الكمي الذي يقاوم في حد ذاته الاعتراض.

المزج

فالزوارق ظاهرة كمية حيث يربط بين حكتين بحيث تؤثر حالة واحدة على الفور على حالة الأخرى، بغض النظر عن المسافة، وعندما يستخدم الزوجان في الاتصال، يتيحان للطرفين تبادل مفتاح سري مع الكشف الفوري عن أي متفجرات، وأي قياس للجسيمات المتشابكة يكسر الارتباط فورا، ويخطر الطرفين الشرعيين.

Quantum Key Distribution: The Core Technology

(د) التوزيع الرئيسي للكاينتوم هو أكثر التطبيقات نضجاً للبلاغ الكمي، ويتيح الحزبان توليد مفتاح سري عشوائي مشترك معروف لهما فقط، ويستند أمن الـ (كيو دي) إلى نظرية عدم الإغراق وتأثير المراقبة: أي محاولة لاعتراض الدول الكمي ستزعجهما، مما يكشف عن وجود جهاز التنصت.

How QKD Works in Practice

ويعمل بروتوكول نموذجي للتبادل الرقمي للكيماويات الكهرمائية، مثل BB84، على النحو التالي:

هذه العملية تضمن أن أي محاولة للتنصت تستحدث أخطاء يمكن كشفها، وتكفل السرية المطلقة للمفتاح.

مقارنة مع التشفير الكلاسيكي

إن التشفير الكلاسيكي، مثل وكالة الأمن الإقليمي أو وكالة الفضاء الأوروبية، يعتمد على التعقيدات الرياضية: فمن غير المعقول، من الناحية الحسابية، أن يكسر في غضون فترة معقولة، غير أن التقدم في القدرة الحاسوبية، بما في ذلك الحواسيب الكميّة، يهدد هذه المقاييس، فعلى سبيل المثال، يمكن أن يُعامل خُمس الصدر الكبير بكفاءة، ويكسر الكم.

الأثر على أمن مركز البيانات

وتعالج مراكز البيانات استمرار تدفق المعاملات الحساسة التي تتطلب السرية الطويلة الأجل، وتعالج الاتصالات الكميّة مباشرة عدة تحديات أمنية بالغة الأهمية.

تشفير البيانات في المرور العابر

ومع مبادرة " كي كي دي " ، يمكن أن تقيم مراكز البيانات روابط آمنة تماما بين المرافق أو الخواديم أو بين مركز البيانات وعملائها، ومفاتيح التشفير المستخدمة في نقل البيانات اللاحقة مأمونة بشكل محتمل، وهذا أمر مهم للغاية بالنسبة للصناعات مثل التمويل والرعاية الصحية والحكومة، حيث تترتب على انتهاكات البيانات عواقب وخيمة.

الكشف المبكر عن التهديدات

ونظراً لأن الـ (كيو دي) تكشف عن محاولات التنصت في الوقت الحقيقي، فإن مشغلي مراكز البيانات يمكنهم الرد فوراً على التهديدات، مثلاً، إذا ما اخترقت أداة النسيج في وصلة الألياف تحمل إشارات كمية، فإن ارتفاع معدل الخطأ يحفز على التنبيه، مما يتيح مستوى من الكشف مستحيلاً مع التشفير الكلاسيكي، حيث قد لا تُلاحظ الهجمات إلى أن يتم فك شفرة البيانات.

مستقبلية

ويحمي الاتصال الكمي البيانات من الهجمات المقبلة، بما فيها تلك التي تُجرى من الحواسيب الكمية، ويتعين على المنظمات اليوم أن تصون البيانات التي يجب أن تظل سرية لعدة عقود (مثل السجلات الطبية والملكية الفكرية) ويجري تطوير الخوارزميات التحللية بعد الكواشف، ولكن برنامج QKD يقدم حلا تكميليا لا يكون عرضة للهجمات الكمية على الإطلاق.

تحسين الإدارة الرئيسية

وكثيرا ما تعتمد مراكز البيانات على التوزيع اليدوي الأساسي أو الهيكل الأساسي للإدارة الرئيسية المعقدة، وتؤهل إدارة المعارف الكيميائية الكيمائية الجاهزة للتوليد والتوزيع المأمون للمفاتيح المترية بأسعار مرتفعة، مما يقلل من الخطأ البشري وتبسيط العمليات، ويمكن إدماجها في نظم التشفير القائمة (مثلا، AES-256) لإعادة تجديد المفاتيح في كثير من الأحيان، مما يحد من كمية البيانات المشفرة بأي مفتاح واحد.

التنفيذ العالمي الحقيقي ودراسات الحالات الإفرادية

وقد بدأت عدة منظمات وحكومات رئيسية بالفعل في نشر الاتصالات الكمية في مراكز البيانات وشبكاتها.

شبكة الاتصالات الكهرومغناطيسية الصينية

وتدير الصين أكبر شبكة اتصالات كمية في العالم، تربط بين بيجين وشنغهاي على بعد 000 2 كيلومتر مع 32 منافذ إعادة الشحن الموثوق بها، وتحتوي هذه الشبكة على بيانات حكومية ومالية حساسة، بالإضافة إلى أن ساتل ميتيوس يتيح إمكانية استخدام كمية عالية من الكبريت بين الصين وأوروبا، مما يدل على جدوى إقامة وصلات كمية بعيدة المدى. (المكان، 2020)

IBM and Data Center Integration

وقد تم بحث نتائج المعهد عن كيفية إدماج الـ ديوان الكبريت في البنية التحتية لمركز بيانات المؤسسة، ويشمل عملها وضع معايير للتبريد الكمي الآمن واختبار نظم الـ (KKD) إلى جانب الشبكات الكلاسيكية. [(FLT:0](IBM Research) ]

مقدمو خدمات الاتصالات السلكية واللاسلكية والكلاود

وقد قامت شركات مثل فيريزون، وشركة BT، وشركة SK Telecom بتجربة شركة QKD على شبكات الألياف التجارية، ويقوم مقدمو الخدمات المزدوجة مثل شركة Alibaba Cloud و AWS بالتحقيق في الصلات القائمة بين مركز البيانات المؤمنة كميا، وتبين هذه الاختبارات أن الاتصالات الكمية يمكن أن تتعايش مع نقل البيانات الحالي، وإن كانت مع القيود الحالية على المسافة (التي تتراوح بين 100 و200 كيلومترا دون إعادة إرسال).

التحديات والحدود

ورغم وعدها، فإن الاتصال الكمي لم يعد بديلا عن الانقطاع عن العمل في مجال الأمن الكلاسيكي في معظم مراكز البيانات، ويجب التغلب على عدة عقبات.

الاحتياجات من المعدات

وتتطلب إدارة المعارف الكمية معدات متخصصة: مصادر وحيدة الفوتونية، وأجهزة كشف، ونموذج بوب في كثير من الأحيان، وهي لا تزال باهظة التكلفة وحساسة للظروف البيئية، وتحتاج مراكز البيانات إلى مسارات ألياف بصرية مخصصة، ويجب أن تُعيَّن النظم بعناية للحفاظ على مستويات ضوضاء منخفضة.

الحد من المسافة والتجديد

وتتدهور الإشارات الكميّة على مسافات طويلة بسبب فقدان الألياف الضوئية، ولا يمكن للمكررين الكلاسيكيين أن يضخموا إشارات كمية دون إزعاجهم، فالحدود العملية الحالية تقارب 100 كيلومتر بالنسبة للكميات الكهرمائية، ويجري تطوير أجهزة إعادة الإرسال الكهونتيوم ولكنها غير قابلة للاستمرار تجارياً، ولكن الاتصالات الساتلية تحتاج إلى محطات أرضية واضحة ذات بصيرة ومقاومة للطقس.

التكامل مع الهياكل الأساسية القائمة

ولدى مراكز البيانات استثمارات هائلة في معدات الربط الشبكي، ويعني دمج الـ " QKD " إضافة قنوات كمية موازية أو تحسين المعدات البصرية، كما أن هناك تحدياً يتمثل في الجمع بين الـ " QKD " والحركة التقليدية على الألياف نفسها، مما يمكن أن يُحدث ضجة، فالتركيز على التعددية في المستودعات يتيح حلاً، ولكنه يضيف تعقيداً.

التكلفة والقابلية للتسويق

ولا تزال التكلفة لكل وصلة من هذه الوصلات مرتفعة، مما يجعلها مناسبة فقط للتطبيقات العالية القيمة، ومع نضج التكنولوجيا وحجم الإنتاج، يتوقع أن تتراجع التكاليف، غير أن الاعتماد الواسع النطاق في مراكز البيانات سيستغرق عقدا آخر.

التوقعات المستقبلية

وسيؤدي تطور الاتصالات الكمية إلى إعادة تشكيل أمن مركز البيانات بشكل كبير خلال العقد المقبل.

شبكات الكيكب المزودة بسواتل

ويمكن أن تحل السواتل مشكلة المسافة بتمكينها من إقامة وصلات كمية عالمية، إذ أن مبادرات مثل بعثة النسر 1 التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية، والسواتل الكمية اللاحقة للصين تهدف إلى إنشاء شبكة خلفية كمية من شبكة الإنترنت، ويمكن أن تتواصل مراكز البيانات مع السواتل لتأمين التبادلات الرئيسية بين القارات. (ESA)]

أجهزة الترميم الكهرمائية

إجراء بحوث في أجهزة إعادة الإرسال الكمي - التلفيات التي يمكن أن تتشابك الصور على مسافات طويلة دون كسر الكم الذي تتقدم به الدولة، وبمجرد أن يكون عملياً، فإن أجهزة إعادة الإرسال ستسمح للحزب الكردستاني بأن يمتد آلاف الكيلومترات دون عقدات موثوق بها، مما يوسع إلى حد كبير نطاق مراكز البيانات التي تُضمَّن كمياً.

التكامل مع التشفير بعد الكواتم

وتشير عملية التبريد بعد الكواشف إلى الخوارزميات الكلاسيكية التي تقاوم الحواسيب الكمية، ويكمل النهجين: يمكن للوحدة أن توفر تبادلاً رئيسياً آمناً، في حين يمكن للجنة أن تحمي تشفير البيانات السائبة والتوثيق أثناء وبعد الانتقال الكمي، وتضع هيئات المعايير مثل شبكة المعلومات الوطنية الصيغة النهائية لنظم جمع البيانات (البرنامج الوطني)([0]).

توافر وتوحيد المقاييس التجارية

ويقوم بائعون كبار مثل شركة ID Quantique، وتوشيبا، وشركة كونتومك تايك بالفعل بتقديم نظم للبرمجيات ذات الصلة، وتقوم جهود توحيد المعايير التي تبذلها شركة ETSI والاتحاد الدولي للاتصالات السلكية واللاسلكية بتحديد البروتوكولات والتشغيل المتبادل، ومع نضج المعايير، يمكن لمراكز البيانات أن تشتري معدات متوافقة من موردين متعددين، مع خفض التكاليف وقفل البائعين.

خاتمة

فالتواصل الكمي يمثل تغييراً في أمن مركز البيانات، إذ إنه من خلال استغلال قوانين الميكانيكيات الكمية، يوفر الطريقة الوحيدة المعروفة لإنشاء مفاتيح آمنة بشكل محتمل، ومحصنة من أي شكل من أشكال الهجوم الحاسوبي، بما في ذلك الحواسيب الكميّة، وفي حين أن التحديات مثل المسافة والتكاليف والتكامل ستظل قائمة، فإن التقدم السريع في وصلات السواتل، ومكررات الكمي، والتوحيد يمد الطريق إلى أن تكون مراكز البيانات التي تبدأ في الاستثمار في الأصول الكمية(أ).