محاسبات کوانتومی دیگر یک مفهوم نظری دور نیست - آن را به سرعت در حال پیشرفت است، با شرکت های تکنولوژی بزرگ و موسسات تحقیقاتی پیشرفت ملموس به سمت ماشین های کوانتومی مقیاس پذیر است، در حالی که رایانه های کوانتومی وعده پیشرفت در کشف مواد، علم مواد و بهینه سازی، آنها همچنین یک تهدید عمیق برای پایه های رمزنگاری است که امنیت کلید دیجیتال کلید (PI) پروتکل های امنیتی، که امن از فن آوری های ارتباطی دیجیتال هستند، به ویژه سیستم های دیجیتال سازگار با اعتماد به طور فعال، به این سیستم های دیجیتال، به ویژه P.

درک PKI و Cryptographic Foundations

زیرساخت کلید عمومی (PKI) یک چارچوب جامع از سیاست ها، روش ها و فن آوری است که صدور، مدیریت و بازنویسی گواهینامه های دیجیتال را قادر می سازد.این گواهینامه ها کلیدهای عمومی را به هویت متصل می کنند و برای تأیید کاربران، دستگاه ها و خدمات معتبر استفاده می شوند در حالی که همچنین داده ها را در احزاب حمل و نقل رمزگذاری می کنند.در قلب PKI به عنوان الگوریتم های رمزنگاری شده - به طور خاص (RAGE-S) - امنیت کلیدی (DIRI) و رمزنگاری)

نقش RSA و ECC

امنیت RSA به دشواری فاکتور کردن اعداد کامپوزیت بزرگ متکی است.یک کلید RSA امن (به عنوان مثال 2048 یا 4096 بیت) برای یک کامپیوتر کلاسیک قابل درک است تا عامل در هر فریم زمان معقولی از ECC، با توجه به مشکل جداکننده در منحنی های بیضی، که همچنین به عنوان سخت برای محافظت از این دستگاه های امنیتی دیجیتال، از طریق اسناد معتبر TLS استفاده می شود، به روز رسانی های امنیتی دیجیتال معتبر است.

تهدید کوانتومی: الگوریتم Shor و Beyond

محاسبات کوانتومی خطر به PKI ناشی از الگوریتم خاصی است که توسط پیتر Shor ریاضیدان در سال 1994 کشف شده است. الگوریتم Shor می تواند به طور موثر مشکل فاکتورسازی صحیح را حل کند و مشکل جدا شده را حل کند - مشکلات بسیار که RSA و ECC برای امنیت به اندازه کافی بزرگ، کامپیوتر کوانتومی تحمل پذیر، الگوریتم Shor اجازه می دهد تا یک مهاجم کلیدی را از بین ببرد.

چگونه الگوریتم Shor را شکست

برای شکستن یک کلید RSA 2048 بیتی، یک کامپیوتر کوانتومی نیاز به تقریبا 4000 کیوبیت منطقی با تصحیح خطا، همراه با میلیون ها کیوبیت فیزیکی برای اجرای کدهای اصلاح خطا دارد. پردازنده های کوانتومی فعلی کمتر از چند صد کلید فیزیکی دارند، اما نقشه راه نشان می دهد که ماشین های رمزنگاری شده می توانند در 10 تا 15 سال آینده وارد شوند، زمانی که آنها تاییدیه های کوانتومی را در معرض خطر قرار می دهند، یا یک کلید آلوده شده اند که یک مهاجم دیجیتال می تواند شامل یک سیستم عامل رمزنگاری شده باشد.

الگوریتم گرور و رمزنگاری متقارن Sdaptive Cryptography

در حالی که الگوریتم Shor تهدید اولیه رمزنگاری نامتقارن است، الگوریتم Gror یک سرعت چهار برابر برای جستجوی brute-force فراهم می کند، این الگوریتم های کلیدی متقارن مانند AES را با تجزیه و تحلیل سطح امنیتی موثر تحت تاثیر قرار می دهد - یک کلید 128-bit AES تنها 64 بیت از امنیت را در برابر یک دشمن کوانتومی ارائه می دهد، با این حال دو برابر کردن اندازه های کلیدی (به عنوان مثال استفاده از مقاومت های کوانتومی) می تواند به طور کامل ضروری برای جایگزینی P-25K باشد.

مفاهیم واقعی جهانی برای سیستم های PKI

پیامدهای حملات کوانتومی به PKI محدود به ریسک های نظری نیست.اگر یک کامپیوتر کوانتومی در دسترس باشد، سناریوهای زیر قابل قبول و ویرانگر می شوند.

رمزگشایی ارتباطات گذشته

مهاجمان می توانند ترافیک رمزگذاری شده را امروز ضبط کنند و آن را برای رمزگشایی بعدی ذخیره کنند، زمانی که یک کامپیوتر کوانتومی در دسترس قرار می گیرد، این استراتژی “در حال حاضر رمزگشایی بعدا” محرمانه بودن داده هایی را که باید برای دهه ها مخفی بمانند، مانند اطلاعات طبقه بندی شده، مالکیت معنوی یا سوابق سلامت شخصی که به امنیت بلند مدت متکی هستند، باید رمزگذاری پس از اندازه برای داده های حساس در زمان های حمل و نقل و نقل را در نظر بگیرند.

نام دیجیتال Forgery

امضاهای دیجیتال برای تأیید اعتبار به روز رسانی نرم افزار، سیستم عامل، قراردادهای دیجیتال و اسناد هویت مورد استفاده قرار می گیرند.یک مهاجم کوانتومی می تواند با حذف کلید امضای خصوصی از کلید عمومی، امضا کند و آنها را قادر می سازد تا بدافزار امضا شده با یک گواهی قانونی، کاربران را توزیع کنند یا موافقت نامه های قانونی را تغییر دهند.

گواهی نامه اعتماد به مدل

مدل اعتماد وب PKI به مقامات گواهی (CAs) برای صدور گواهینامه های دیجیتال برای وب سایت ها متکی است، اگر کلید امضای CA از طریق حمله کوانتومی به خطر بیفتد، یک دشمن می تواند گواهی های جعلی برای هر دامنه را صادر کند، که باعث می شود انسان-در-در- وسط حمله به مقیاس گسترده ای شود.این تاثیر بلافاصله و گسترده خواهد بود، اعتماد به HTTPS.

آماده سازی برای یک کوانتومی آینده

با شناخت تهدید، جامعه رمزنگاری و استانداردهای بدن به طور فعال برای توسعه و استاندارد سازی رمزنگاری پس از کوانتومی (PQC) کار می کنند -الگوست که در برابر کامپیوترهای کلاسیک و کوانتومی امن هستند. انتقال به PQC یک تلاش چند ساله است که نیاز به برنامه ریزی دقیق و اجرای دارد.

استاندارد رمزنگاری دیجیتال NIST Post-Quantum Cryptography

موسسه ملی استانداردها و فناوری ایالات متحده (NIST) یک تلاش جهانی برای انتخاب الگوریتم های مقاوم در برابر کوانتومی را در سال 2024 آغاز کرده است، NIST چهار الگوریتم نهایی برای استاندارد سازی انتخاب کرده است: CRYSTALS-Kyber (برای ایجاد کلید) و CRYSTALS-Dilithium، FALCON و SP0 + هش دیجیتال (همچنین به این سیستم های هشی دیجیتال اشاره ای که بر اساس دیگر امضاهای هشی آن ها مقاومت می کنند، اعلام شده است).

Lattice-based، Code-based و دیگر خانواده ها

خانواده های اصلی PQC عبارتند از: [x] رمزنگاری مبتنی بر فیبر ، که بر سختی یادگیری با خطا (LWE) متکی است و در هر دو سیستم عامل نظارت بر سیستم های هشی خاص استفاده می شود؛ امضا مبتنی بر کد [F3]، در اصل توسط رابرت مک ارلی پیشنهاد شده و خطا بر کد های هش کد های امنیتی قوی، اما با اندازه های امنیتی چند کد های امنیتی قوی تر؛ [F6]

رویکرد های ترکیبی و استراتژی های مهاجرت

از آنجا که الگوریتم های PQC جدید هستند و هنوز تست نشده اند، بسیاری از کارشناسان امنیتی (FLT:0hybrid Approach را در طول دوره انتقال توصیه می کنند: ترکیب یک الگوریتم کلاسیک (به عنوان مثال، ECDH) با یک الگوریتم PQC در یک تبادل کلید یا طرح امضای ساده، این راه، حتی اگر یک الگوریتم شکسته شده باشد، هنوز هم برای اجرای سیستم های پشتیبانی دیجیتال (FIST)، تمام سیستم های هدایت کلید P5.4.

نتیجه گیری

محاسبات کوانتومی در مسیری است که نهایتا امنیت رمزنگاری RSA و ECLT را از بین می برد، الگوریتم های اصلی PKI امروز، در حالی که ورود یک کامپیوتر کوانتومی با تحمل خطا قادر به اجرای الگوریتم Shor ممکن است یک دهه دور باشد، زمان آماده سازی فعلی است.