کیوبیت‌های گربه‌ای و تهدید تازه برای رمزنگاری اینترنت؛ آیا RSA-2048 در سه روز شکسته می‌شود؟

کیوبیت‌های گربه‌ای و تهدید تازه برای رمزنگاری اینترنت؛ آیا RSA-2048 در سه روز شکسته می‌شود؟

پژوهشی تازه درباره توانایی کامپیوترهای کوانتومی نشان می‌دهد که نسل آینده این دستگاه‌ها ممکن است بتواند یکی از مهم‌ترین استانداردهای رمزنگاری جهان را در زمانی بسیار کوتاه‌تر از برآوردهای قبلی بشکند. براساس محاسبات پژوهشگران، یک کامپیوتر کوانتومی مجهز به حدود ۲۳ هزار کیوبیت گربه‌ای می‌تواند رمزنگاری RSA-2048 را تنها در حدود سه روز رمزگشایی کند؛ نتیجه‌ای که بار دیگر ضرورت آماده‌سازی زیرساخت‌های اینترنت برای دوران پساکوانتومی را برجسته می‌کند.

امنیت بخش بزرگی از زندگی دیجیتال به روش‌هایی وابسته است که اطلاعات را به شکلی رمزگذاری می‌کنند تا افراد غیرمجاز نتوانند به محتوای آن دسترسی پیدا کنند. هنگام خرید اینترنتی، ورود به حساب بانکی، ارسال پیام محرمانه یا برقراری ارتباط با وب‌سایت‌ها، سازوکارهای رمزنگاری نقش مهمی در محافظت از داده‌ها دارند. بسیاری از این روش‌ها بر پایه مسائل ریاضی طراحی شده‌اند که حل آن‌ها با رایانه‌های معمولی، حتی در صورت استفاده از سخت‌افزارهای بسیار قدرتمند، به زمان زیادی نیاز دارد.

بااین‌حال، ظهور کامپیوترهای کوانتومی می‌تواند این معادله را تغییر دهد. این دستگاه‌ها از اصول فیزیک کوانتوم برای پردازش اطلاعات استفاده می‌کنند و در برخی مسائل مشخص، ظرفیت محاسباتی متفاوتی نسبت به رایانه‌های کلاسیک دارند. یکی از مهم‌ترین نگرانی‌ها درباره توسعه آن‌ها، توانایی احتمالی در شکستن روش‌های رمزنگاری عمومی است که امنیت بسیاری از ارتباطات دیجیتال به آن‌ها وابسته است.

در مطالعه جدید، پژوهشگران شرکت فرانسوی آلیس اند باب (Alice & Bob) به بررسی این موضوع پرداخته‌اند که استفاده از نوع خاصی از کیوبیت‌ها تا چه اندازه می‌تواند منابع لازم برای اجرای حمله کوانتومی را کاهش دهد. محاسبات آن‌ها نشان می‌دهد که با استفاده از ۲۲ هزار و ۵۹۳ کیوبیت گربه‌ای، امکان شکستن RSA-2048 در حدود ۳٫۱۴ روز وجود دارد. این برآورد در مقایسه با تخمین‌های قدیمی‌تر، به کاهش چشمگیر تعداد کیوبیت‌های موردنیاز اشاره می‌کند؛ اما هنوز به معنای وجود دستگاهی با چنین توانایی در دنیای واقعی نیست.

RSA-2048 چیست و چرا امنیت اینترنت به آن وابسته است؟

برای درک اهمیت یافته‌های جدید، ابتدا باید با سازوکار رمزنگاری RSA آشنا شویم. RSA یکی از شناخته‌شده‌ترین روش‌های رمزنگاری نامتقارن است که برای محافظت از اطلاعات و ایجاد ارتباط امن در سامانه‌های دیجیتال به کار می‌رود. نام این الگوریتم از حروف نخست نام سه پژوهشگر، رونالد ریوست، آدی شامیر و لئونارد ادلمن گرفته شده است که این روش را در دهه ۱۹۷۰ معرفی کردند.

در رمزنگاری نامتقارن، برخلاف روش‌های متقارن که از یک کلید مشترک برای رمزگذاری و رمزگشایی استفاده می‌کنند، دو کلید ریاضیاتی مرتبط با یکدیگر وجود دارد. یکی از آن‌ها کلید عمومی است که می‌تواند در اختیار دیگران قرار بگیرد و دیگری کلید خصوصی محسوب می‌شود که باید محرمانه باقی بماند. ارتباط ریاضی میان این دو کلید به‌گونه‌ای طراحی شده است که دانستن کلید عمومی به‌تنهایی نباید امکان محاسبه عملی کلید خصوصی را فراهم کند.

یکی از کاربردهای این سازوکار، امکان ایجاد ارتباط امن میان دو طرفی است که پیش‌تر کلید محرمانه مشترکی در اختیار یکدیگر قرار نداده‌اند. همچنین از خانواده الگوریتم‌های RSA در برخی سازوکارهای امضای دیجیتال استفاده می‌شود؛ امضاهایی که برای بررسی اصالت پیام، تأیید هویت فرستنده و اطمینان از دست‌نخوردن اطلاعات اهمیت دارند.

امنیت RSA به دشواری حل یک مسئله ریاضی مشخص وابسته است: تجزیه یک عدد بسیار بزرگ به عوامل اول آن. عدد اول عددی بزرگ‌تر از یک است که تنها بر یک و خودش بخش‌پذیر باشد. برای نمونه، عدد ۱۵ از ضرب دو عدد اول ۳ و ۵ به دست می‌آید و تجزیه آن کار دشواری نیست. اما وقتی دو عدد اول بسیار بزرگ در یکدیگر ضرب شوند، حاصل‌ضرب می‌تواند عددی با صدها رقم باشد و پیدا کردن عوامل اولیه آن بسیار پیچیده‌تر خواهد شد.

در استاندارد RSA-2048، اندازه عدد مورد استفاده حدود ۲۰۴۸ بیت است. این مقدار را می‌توان معادل عددی با حداکثر ۶۱۷ رقم ده‌دهی در نظر گرفت. محاسبه حاصل‌ضرب دو عدد اول بزرگ برای رایانه‌ها کار نسبتاً ساده‌ای است؛ اما مسئله اصلی زمانی آغاز می‌شود که بخواهیم فقط با در اختیار داشتن حاصل‌ضرب، دو عامل اولیه را دوباره پیدا کنیم.

رایانه‌های کلاسیک برای حل چنین مسئله‌ای باید از الگوریتم‌های ریاضی و محاسباتی استفاده کنند که با افزایش اندازه عدد، هزینه محاسباتی آن‌ها به‌شدت بیشتر می‌شود. به همین دلیل، تجزیه اعداد بزرگ در بازه زمانی عملی برای رایانه‌های امروزی بسیار دشوار است. این دشواری محاسباتی یکی از پایه‌های اصلی امنیت RSA-2048 به شمار می‌رود.

البته امنیت یک سامانه رمزنگاری فقط به بزرگ‌بودن اعداد وابسته نیست. پیاده‌سازی درست الگوریتم، مدیریت کلیدها، کیفیت نرم‌افزار و جلوگیری از افشای اطلاعات نیز اهمیت زیادی دارند. بااین‌حال، در بحث پژوهش جدید تمرکز اصلی بر توانایی یک کامپیوتر کوانتومی برای حل مسئله تجزیه اعداد بزرگ است؛ مسئله‌ای که در صورت حل سریع آن، یکی از فرض‌های بنیادی امنیت RSA با چالش جدی روبه‌رو می‌شود.

الگوریتم شور چگونه می‌تواند رمزنگاری RSA را تهدید کند؟

کامپیوترهای کوانتومی صرفاً نسخه سریع‌تر رایانه‌های معمولی نیستند. آن‌ها از شیوه متفاوتی برای نمایش و پردازش اطلاعات استفاده می‌کنند. در رایانه‌های کلاسیک، واحد پایه اطلاعات بیت است که در هر لحظه یکی از دو مقدار صفر یا یک را دارد. اما واحد اطلاعات در دستگاه کوانتومی کیوبیت نامیده می‌شود و می‌تواند از ویژگی‌هایی مانند برهم‌نهی و درهم‌تنیدگی کوانتومی بهره ببرد.

برهم‌نهی به این معنا است که یک کیوبیت می‌تواند پیش از اندازه‌گیری در ترکیبی از حالت‌های صفر و یک قرار داشته باشد. درهم‌تنیدگی نیز نوعی ارتباط کوانتومی میان چند ذره یا کیوبیت ایجاد می‌کند که توصیف وضعیت آن‌ها را به یکدیگر وابسته می‌سازد. این ویژگی‌ها به رایانه کوانتومی امکان می‌دهند برخی محاسبات را با روشی متفاوت از رایانه‌های کلاسیک انجام دهد.

بااین‌حال، نباید تصور کرد که هر کامپیوتر کوانتومی برای تمام کارها از یک رایانه معمولی سریع‌تر است. مزیت این فناوری به نوع مسئله و الگوریتم مورد استفاده بستگی دارد. در برخی محاسبات، رایانه‌های کلاسیک همچنان بسیار کارآمدتر هستند؛ اما برای تعدادی از مسائل ریاضی، الگوریتم‌های کوانتومی می‌توانند تغییر بزرگی ایجاد کنند.

یکی از مهم‌ترین این الگوریتم‌ها، الگوریتم شور (Shor’s Algorithm) است که پیتر شور، ریاضی‌دان و دانشمند علوم رایانه، در سال ۱۹۹۴ معرفی کرد. این الگوریتم برای تجزیه اعداد صحیح بزرگ و حل برخی مسائل ریاضی مرتبط طراحی شده است. اهمیت آن در حوزه امنیت دیجیتال از این جهت است که می‌تواند مسئله‌ای را که برای رایانه‌های کلاسیک بسیار دشوار است، با استفاده از یک کامپیوتر کوانتومی مناسب به‌مراتب سریع‌تر حل کند.

الگوریتم شور از نظر نظری می‌تواند پایه ریاضی امنیت RSA را هدف قرار دهد. اگر یک دستگاه کوانتومی به‌اندازه کافی قدرتمند و پایدار در اختیار داشته باشیم، اجرای این الگوریتم می‌تواند عوامل اول عددی را که برای تولید کلید RSA استفاده شده است، پیدا کند. با در اختیار داشتن این عوامل، محاسبه کلید خصوصی امکان‌پذیر می‌شود و در نتیجه، محرمانگی یا اعتبار سازوکارهای مبتنی بر آن کلید ممکن است از بین برود.

با وجود اهمیت نظری الگوریتم شور، اجرای عملی آن به سخت‌افزاری بسیار پیچیده نیاز دارد. کیوبیت‌ها برخلاف بیت‌های کلاسیک، نسبت به تغییرات محیطی حساس هستند و ممکن است در جریان محاسبات دچار خطا شوند. از دست رفتن اطلاعات کوانتومی یا تغییر ناخواسته وضعیت کیوبیت‌ها می‌تواند نتیجه محاسبه را خراب کند. بنابراین، داشتن تعداد زیادی کیوبیت به‌تنهایی برای شکستن RSA کافی نیست؛ این کیوبیت‌ها باید بتوانند در طول محاسبه، وضعیت‌های موردنیاز را با دقت و پایداری مناسب حفظ کنند.

کیوبیت گربه‌ای چیست و چه تفاوتی با کیوبیت‌های معمولی دارد؟

بخش مهم پژوهش جدید به استفاده از نوع خاصی از کیوبیت‌ها مربوط می‌شود که «کیوبیت گربه‌ای» یا Cat Qubit نام دارند. این نام از آزمایش فکری معروف گربه شرودینگر گرفته شده است؛ آزمایشی که برای توضیح برخی جنبه‌های عجیب مکانیک کوانتومی مطرح شد.

در آزمایش فکری گربه شرودینگر، گربه‌ای فرضی در جعبه‌ای بسته قرار دارد و وضعیت آن به یک رویداد کوانتومی وابسته است. تا پیش از بازکردن جعبه و مشاهده نتیجه، وضعیت گربه در توصیف کوانتومی به شکلی از برهم‌نهی دو حالت نسبت داده می‌شود. این مثال برای نشان‌دادن تفاوت میان برداشت روزمره ما از وضعیت اشیا و توصیف آن‌ها در مقیاس کوانتومی به کار می‌رود.

کیوبیت‌های گربه‌ای نیز از حالت‌های کوانتومی خاصی استفاده می‌کنند که در آن‌ها می‌توان دو وضعیت متمایز را در یک سامانه فیزیکی به شکل کنترل‌شده ایجاد کرد. هدف از طراحی این کیوبیت‌ها، بهره‌گیری از ویژگی‌های فیزیکی سامانه برای کاهش اثر برخی خطاهای کوانتومی است.

یکی از مشکلات مهم رایانه‌های کوانتومی، خطاهایی است که هنگام نگهداری یا پردازش اطلاعات رخ می‌دهند. این خطاها انواع مختلفی دارند و ممکن است وضعیت یک کیوبیت را تغییر دهند یا باعث شوند اطلاعات آن به شکل ناخواسته از بین برود. در یک محاسبه طولانی، حتی احتمال اندک خطا نیز می‌تواند مشکل‌ساز شود؛ زیرا تعداد زیادی عملیات کوانتومی باید پشت سر هم و با دقت بالا اجرا شوند.

در معماری کیوبیت‌های گربه‌ای، تلاش می‌شود برخی انواع خطا به‌صورت طبیعی یا با استفاده از ویژگی‌های ساختاری سامانه محدود شوند. به‌ویژه، این روش می‌تواند نرخ وقوع نوع خاصی از خطا را کاهش دهد و در نتیجه، منابع موردنیاز برای تصحیح خطا را کمتر کند.

اهمیت این موضوع در مقیاس بزرگ بسیار زیاد است. رایانه‌های کوانتومی کاربردی برای اجرای الگوریتم‌هایی مانند شور به تعداد زیادی کیوبیت فیزیکی و سازوکارهای تصحیح خطا نیاز دارند. اگر معماری یک کیوبیت بتواند برخی خطاها را با احتمال کمتری ایجاد کند، ممکن است برای رسیدن به سطح مشخصی از دقت، به تعداد کمتری کیوبیت و منابع کنترلی نیاز باشد.

البته کیوبیت گربه‌ای به معنای حذف کامل خطاها نیست. این فناوری تنها می‌تواند برخی مشکلات را کاهش دهد و همچنان باید برای خطاهای باقی‌مانده راهکارهای مناسبی در نظر گرفته شود. همچنین پایداری یک نوع خطا به‌تنهایی نشان نمی‌دهد که تمام بخش‌های دستگاه کوانتومی در شرایط عملیاتی عملکرد مطلوبی خواهند داشت.

محاسبات جدید؛ شکستن RSA-2048 با ۲۲ هزار و ۵۹۳ کیوبیت

پیش از انتشار پژوهش آلیس اند باب، بسیاری از برآوردها نشان می‌دادند که شکستن RSA-2048 به یک کامپیوتر کوانتومی با میلیون‌ها کیوبیت نیاز دارد. دلیل اصلی این تخمین‌ها، هزینه بالای اجرای الگوریتم شور و نیاز به استفاده از تعداد زیادی کیوبیت فیزیکی برای مدیریت خطاهای محاسباتی بود.

با پیشرفت معماری‌های جدید و بررسی روش‌های متفاوت تصحیح خطا، این برآوردها به‌تدریج تغییر کردند. برای نمونه، محاسبات منتشرشده در سال ۲۰۲۵ تعداد کیوبیت‌های موردنیاز را به کمتر از یک میلیون کاهش داده بودند. بااین‌حال، پژوهش تازه شرکت فرانسوی آلیس اند باب رقم بسیار پایین‌تری را مطرح می‌کند.

براساس محاسبات پژوهشگران این شرکت، یک کامپیوتر کوانتومی مجهز به ۲۲ هزار و ۵۹۳ کیوبیت گربه‌ای می‌تواند الگوریتم موردنیاز برای شکستن RSA-2048 را در حدود ۳٫۱۴ روز اجرا کند. عدد ۳٫۱۴ روز در این پژوهش به‌عنوان زمان تخمینی انجام محاسبات مطرح شده است و نشان می‌دهد که استفاده از معماری پیشنهادی می‌تواند نیاز سخت‌افزاری را نسبت به برخی برآوردهای قبلی کاهش دهد.

این تفاوت در تعداد کیوبیت‌ها اهمیت زیادی دارد. ساخت دستگاهی با میلیون‌ها کیوبیت فیزیکی، به‌دلیل دشواری کنترل، اتصال و حفظ پایداری آن‌ها، چالشی بسیار بزرگ محسوب می‌شود. کاهش نیاز به چند ده هزار کیوبیت می‌تواند از نظر مهندسی مسیر متفاوتی برای توسعه رایانه‌های کوانتومی قدرتمند ایجاد کند.

پژوهشگران سناریوی دیگری را نیز بررسی کرده‌اند که در آن چند کامپیوتر کوانتومی به یکدیگر متصل می‌شوند و منابع محاسباتی خود را به اشتراک می‌گذارند. براساس تخمین آن‌ها، اگر ۱۰ دستگاه کوانتومی با مجموع ۶۱۰ هزار و ۵۳۰ کیوبیت در قالب یک سامانه هماهنگ فعالیت کنند، زمان لازم برای شکستن RSA-2048 می‌تواند به حدود یک ساعت و ۱۵ دقیقه کاهش پیدا کند.

این محاسبه نشان می‌دهد که افزایش تعداد کیوبیت‌ها و تقسیم کار میان چند دستگاه ممکن است زمان اجرای حمله را به میزان قابل‌توجهی کاهش دهد. البته اتصال چند کامپیوتر کوانتومی به یکدیگر، مسئله‌ای ساده نیست. انتقال اطلاعات کوانتومی، هماهنگ‌سازی عملیات و حفظ کیفیت محاسبات در یک سامانه توزیع‌شده، خود به فناوری‌های پیشرفته نیاز دارد.

بنابراین، ارقام مطرح‌شده را باید نتیجه یک مدل محاسباتی و برآورد نظری دانست، نه عملکرد آزمایش‌شده یک محصول موجود. این پژوهش نشان می‌دهد که از نظر منابع موردنیاز، مسیر رسیدن به شکستن RSA ممکن است کوتاه‌تر از تصورات گذشته باشد؛ اما تبدیل این محاسبات به یک دستگاه عملیاتی همچنان به حل مشکلات متعدد مهندسی وابسته است.

آیا امضاهای دیجیتال بیت‌کوین نیز در معرض خطر هستند؟

پژوهشگران آلیس اند باب تنها به بررسی RSA-2048 بسنده نکردند و سراغ یکی دیگر از کاربردهای مهم رمزنگاری عمومی، یعنی امضاهای دیجیتال مورد استفاده در بیت‌کوین، نیز رفتند.

در شبکه بیت‌کوین، امضای دیجیتال نقش مهمی در اثبات مالکیت و تأیید مجازبودن تراکنش‌ها دارد. کاربران با استفاده از کلید خصوصی خود تراکنش‌ها را امضا می‌کنند و سایر مشارکت‌کنندگان شبکه می‌توانند با کمک کلید عمومی مرتبط، اعتبار امضا را بررسی کنند. این سازوکار کمک می‌کند افراد نتوانند بدون داشتن کلید خصوصی معتبر، دارایی متعلق به دیگران را منتقل کنند.

بخش مهمی از این فرایند بر رمزنگاری مبتنی بر منحنی بیضوی استوار است. این روش از مسائل ریاضی خاصی استفاده می‌کند که حل آن‌ها با رایانه‌های کلاسیک در شرایط مناسب دشوار است. بااین‌حال، الگوریتم شور می‌تواند در صورت اجرا روی یک کامپیوتر کوانتومی به‌اندازه کافی قدرتمند، برخی از این مسائل را نیز حل کند.

براساس محاسبات پژوهشگران، سامانه‌ای مجهز به حدود ۳۰ هزار کیوبیت گربه‌ای می‌تواند محاسبات لازم برای شکستن یک کلید مبتنی بر منحنی بیضوی را در حدود ۶۲ دقیقه انجام دهد. چنین نتیجه‌ای نشان می‌دهد که نگرانی درباره آینده رمزنگاری مورد استفاده در دارایی‌های دیجیتال تنها به RSA محدود نمی‌شود.

بااین‌حال، نباید از این عدد نتیجه گرفت که یک کامپیوتر کوانتومی می‌تواند در شرایط فعلی به‌راحتی بیت‌کوین‌های کاربران را سرقت کند. میان توانایی نظری برای استخراج کلید خصوصی و اجرای موفق حمله علیه یک تراکنش واقعی، تفاوت زیادی وجود دارد. نوع تراکنش، زمان‌بندی، نحوه استفاده از کلیدها و شرایط شبکه می‌توانند بر امکان اجرای حمله تأثیر بگذارند.

برای مثال، اگر مهاجم بخواهد به یک تراکنش تأییدنشده حمله کند، ممکن است مجبور باشد محاسبات خود را پیش از تأیید نهایی تراکنش به پایان برساند. در شبکه بیت‌کوین، زمان متوسط تولید هر بلاک حدود ۱۰ دقیقه است. بنابراین، اگر فرایند شکستن کلید حدود ۶۲ دقیقه طول بکشد، چنین حمله‌ای در سناریوی موردنظر با محدودیت زمانی جدی روبه‌رو خواهد شد.

این مقایسه نشان می‌دهد که حتی اگر یک کامپیوتر کوانتومی بتواند در نهایت کلیدهای مبتنی بر منحنی بیضوی را استخراج کند، لزوماً امکان بهره‌برداری موفق از آن در تمام شرایط وجود ندارد. زمان انجام محاسبات، وضعیت تراکنش و سازوکارهای امنیتی شبکه باید هم‌زمان در نظر گرفته شوند.

از سوی دیگر، تهدیدهای احتمالی آینده به یک نوع دارایی دیجیتال محدود نیستند. هر سامانه‌ای که برای احراز هویت، تأیید تراکنش یا محافظت از اطلاعات به روش‌های رمزنگاری آسیب‌پذیر در برابر الگوریتم‌های کوانتومی وابسته باشد، ممکن است در بلندمدت نیازمند تغییر زیرساخت‌های خود شود.

مهم‌ترین مانع؛ ساخت کامپیوتر کوانتومی پایدار

با وجود ارقام چشمگیر پژوهش، هنوز هیچ کامپیوتر کوانتومی عملیاتی با ۲۳ هزار کیوبیت گربه‌ای ساخته نشده است. دستیابی به چنین دستگاهی به حل مجموعه‌ای از مشکلات علمی و مهندسی نیاز دارد که هرکدام می‌توانند توسعه فناوری را دشوار کنند.

نخستین چالش، حفظ پایداری کیوبیت‌ها است. اطلاعات کوانتومی در برابر اختلالات محیطی حساسیت زیادی دارد و عواملی مانند تغییرات دما، نویز الکترومغناطیسی و برهم‌کنش ناخواسته با محیط می‌توانند وضعیت کیوبیت را تغییر دهند. برای جلوگیری از این اتفاق، سامانه‌های کوانتومی باید در شرایط کنترل‌شده و با تجهیزات بسیار دقیق فعالیت کنند.

چالش دوم به مدیریت خطاهای محاسباتی مربوط می‌شود. حتی اگر یک کیوبیت در برابر نوع مشخصی از خطا مقاومت بالایی داشته باشد، سایر خطاها همچنان می‌توانند بر نتیجه محاسبه تأثیر بگذارند. بنابراین، دستگاه باید علاوه بر استفاده از کیوبیت‌های پایدار، به روش‌های مؤثر تصحیح خطا نیز مجهز باشد.

مسئله دیگر، افزایش تعداد کیوبیت‌ها بدون ازدست‌دادن کیفیت عملکرد است. ساخت یک سامانه با چند ده هزار کیوبیت تنها به معنای کنار هم قرار دادن تعداد زیادی واحد پردازشی نیست. این واحدها باید به‌درستی کنترل شوند، با یکدیگر تعامل داشته باشند و عملیات موردنیاز الگوریتم را با دقت کافی اجرا کنند. هرچه ابعاد دستگاه بزرگ‌تر شود، مدیریت اتصالات، نویز و خطاهای احتمالی نیز پیچیده‌تر خواهد شد.

پژوهش جدید برای محاسبه تعداد کیوبیت‌های موردنیاز، فرض مهمی را در نظر گرفته است: کیوبیت‌های گربه‌ای باید به‌طور متوسط تا ۱۰۰ سال در برابر نوع خاصی از خطا مقاومت کنند. این عدد در نگاه نخست ممکن است بسیار عجیب به نظر برسد؛ اما نباید آن را با طول عمر واقعی یک کیوبیت یا مدت‌زمان فعالیت کامپیوتر کوانتومی اشتباه گرفت.

منظور از این مقدار، یک معیار نظری برای نرخ وقوع نوع مشخصی از خطا است. به بیان ساده، پژوهشگران فرض کرده‌اند که احتمال رخ‌دادن آن خطا به‌اندازه‌ای پایین باشد که میانگین زمان وقوع آن به حدود یک قرن برسد. این فرض در محاسبات اهمیت زیادی دارد؛ زیرا میزان پایداری کیوبیت‌ها مستقیماً بر تعداد واحدهای موردنیاز و مدت‌زمان اجرای الگوریتم تأثیر می‌گذارد.

شرکت آلیس اند باب اعلام کرده است که در آزمایش‌های خود توانسته زمان متوسط وقوع این نوع خطا را به ۴۴ دقیقه برساند. این دستاورد از نظر توسعه کیوبیت‌های گربه‌ای اهمیت دارد، اما هنوز فاصله زیادی با فرض ۱۰۰ ساله مورد استفاده در مدل پژوهش وجود دارد.

به همین دلیل، نتیجه محاسبات به پیشرفت‌های بعدی در کاهش نرخ خطا وابسته است. اگر پایداری موردنیاز محقق نشود، تعداد کیوبیت‌های لازم برای اجرای الگوریتم افزایش پیدا می‌کند و زمان شکستن رمزنگاری نیز ممکن است بیشتر شود.

اگر پایداری کیوبیت‌ها به یک ساعت محدود باشد چه اتفاقی می‌افتد؟

پژوهشگران برای بررسی تأثیر پایداری کمتر، سناریوی دیگری را نیز در نظر گرفته‌اند. در این حالت، زمان متوسط وقوع خطای موردنظر به‌جای حدود ۱۰۰ سال، تنها یک ساعت فرض می‌شود.

نتیجه محاسبات نشان می‌دهد که با چنین شرایطی، تعداد کیوبیت‌های موردنیاز برای شکستن RSA-2048 تقریباً دو برابر خواهد شد و از حدود ۲۲ هزار و ۵۹۳ واحد به نزدیک ۴۵ هزار کیوبیت می‌رسد.

این تفاوت نشان می‌دهد که عملکرد واقعی کیوبیت‌ها تا چه اندازه برای تحقق سناریوی مطرح‌شده اهمیت دارد. حتی اگر معماری گربه‌ای بتواند برخی خطاها را کاهش دهد، رسیدن به سطح پایداری فرض‌شده در پژوهش به پیشرفت‌های قابل‌توجهی نیاز دارد.

از سوی دیگر، تعداد کیوبیت‌ها تنها عامل تعیین‌کننده نیست. سرعت اجرای عملیات، کیفیت ارتباط میان واحدهای پردازشی، میزان خطاهای باقی‌مانده و توانایی سامانه برای انجام محاسبات طولانی نیز بر زمان نهایی اثر می‌گذارند. بنابراین، تبدیل عدد ۳٫۱۴ روز به یک زمان واقعی برای حمله، به مجموعه‌ای از پیشرفت‌های هماهنگ در سخت‌افزار و نرم‌افزار نیاز دارد.

پژوهشگران احتمال می‌دهند که پیشرفت فناوری کوانتومی در اوایل دهه ۲۰۳۰ بتواند ساخت دستگاه‌هایی با توانایی‌های مطرح‌شده در مطالعه را امکان‌پذیر کند. البته این زمان‌بندی یک پیش‌بینی قطعی نیست. توسعه سخت‌افزارهای کوانتومی با چالش‌های فنی فراوانی روبه‌رو است و ممکن است دستیابی به سطح عملکرد موردنیاز بیشتر از انتظار طول بکشد.

آیا باید نگران امنیت حساب‌های بانکی و اطلاعات اینترنتی باشیم؟

انتشار این پژوهش ممکن است این تصور را ایجاد کند که رایانه‌های کوانتومی به‌زودی می‌توانند حساب‌های بانکی، پیام‌های خصوصی و اطلاعات کاربران را در چند روز هک کنند. اما چنین برداشتی دقیق نیست. مطالعه آلیس اند باب یک برآورد درباره توانایی احتمالی سخت‌افزاری در آینده ارائه می‌دهد و نشان نمی‌دهد که در حال حاضر دستگاهی با قابلیت شکستن RSA-2048 وجود دارد.

بااین‌حال، اهمیت پژوهش را نیز نباید نادیده گرفت. حتی اگر کامپیوترهای کوانتومی قدرتمند هنوز ساخته نشده باشند، توسعه زیرساخت‌های امنیتی مقاوم در برابر آن‌ها به زمان نیاز دارد. تغییر استانداردهای رمزنگاری در سامانه‌های بزرگ، فرایندی ساده و فوری نیست و ممکن است به بازطراحی نرم‌افزارها، تجهیزات و پروتکل‌های ارتباطی نیاز داشته باشد.

یکی از نگرانی‌های مطرح در این حوزه، رویکردی است که با عنوان «اکنون ذخیره کن، بعداً رمزگشایی کن» شناخته می‌شود. در این سناریو، مهاجم می‌تواند اطلاعات رمزگذاری‌شده را در زمان حاضر جمع‌آوری و ذخیره کند و امیدوار باشد در آینده با دستیابی به یک کامپیوتر کوانتومی قدرتمند، امکان رمزگشایی آن‌ها را به دست آورد.

این تهدید برای داده‌هایی اهمیت بیشتری دارد که باید سال‌ها محرمانه باقی بمانند. برای مثال، برخی اطلاعات مالی، اسناد حساس، داده‌های شخصی و ارتباطات محرمانه ممکن است حتی پس از گذشت چندین سال نیز ارزش افشا نشدن داشته باشند. اگر مهاجم امروز نسخه رمزگذاری‌شده آن‌ها را ذخیره کند، پیشرفت فناوری در آینده می‌تواند خطر تازه‌ای ایجاد کند.

به همین دلیل، سازمان‌ها و شرکت‌های فعال در حوزه فناوری باید پیش از ساخته‌شدن کامپیوترهای کوانتومی قدرتمند، برای تغییر روش‌های رمزنگاری خود برنامه‌ریزی کنند. این فرایند صرفاً به جایگزین‌کردن یک الگوریتم با الگوریتمی دیگر محدود نیست؛ بلکه باید تمام بخش‌هایی که از رمزنگاری استفاده می‌کنند، شناسایی و برای مهاجرت به استانداردهای جدید آماده شوند.

رمزنگاری پساکوانتومی؛ راهکار مقابله با تهدید آینده

یکی از مسیرهای اصلی مقابله با خطر رایانه‌های کوانتومی، توسعه الگوریتم‌های رمزنگاری پساکوانتومی است. این الگوریتم‌ها برای اجرا روی رایانه‌های معمولی طراحی می‌شوند، اما هدف آن‌ها مقاومت در برابر حمله‌هایی است که ممکن است با استفاده از کامپیوترهای کوانتومی انجام شوند.

در واقع، برای محافظت از اینترنت لزوماً لازم نیست تمام کاربران و شرکت‌ها به رایانه‌های کوانتومی مجهز شوند. آنچه اهمیت دارد، استفاده از روش‌های رمزنگاری جدیدی است که حتی در صورت دسترسی مهاجم به سخت‌افزار کوانتومی قدرتمند نیز شکستن آن‌ها دشوار باقی بماند.

توسعه این روش‌ها یکی از مهم‌ترین موضوعات پژوهشی در حوزه امنیت سایبری است. الگوریتم‌های پساکوانتومی باید علاوه بر مقاومت در برابر حملات احتمالی، از نظر سرعت، مصرف منابع، اندازه کلید و امکان پیاده‌سازی نیز مناسب باشند. به همین دلیل، انتخاب و جایگزینی استانداردهای رمزنگاری به بررسی‌های گسترده و آزمون‌های امنیتی نیاز دارد.

شرکت‌ها و نهادهای مسئول امنیت دیجیتال باید به‌تدریج زیرساخت‌های خود را با این روش‌ها سازگار کنند. چنین تغییری می‌تواند در سامانه‌های بانکی، خدمات ابری، شبکه‌های ارتباطی، وب‌سایت‌ها، دستگاه‌های متصل به اینترنت و بسیاری از ابزارهای دیجیتال اهمیت داشته باشد.

نکته مهم آن است که تهدید کوانتومی تنها زمانی جدی نمی‌شود که یک دستگاه قدرتمند ساخته شود. زمان موردنیاز برای مهاجرت به استانداردهای جدید نیز باید در محاسبات امنیتی لحاظ شود. اگر سازمانی تا زمان ظهور نخستین کامپیوتر کوانتومی کاربردی منتظر بماند، ممکن است فرصت کافی برای محافظت از داده‌های خود نداشته باشد.

پژوهش جدید چه چیزی را ثابت می‌کند و چه چیزی را نه؟

یافته‌های شرکت آلیس اند باب از نظر نظری اهمیت زیادی دارند؛ زیرا نشان می‌دهند استفاده از کیوبیت‌های گربه‌ای می‌تواند برآورد منابع لازم برای شکستن RSA-2048 را به میزان قابل‌توجهی کاهش دهد. در این مدل، تعداد کیوبیت‌های موردنیاز به حدود ۲۲ هزار و ۵۹۳ واحد می‌رسد و زمان محاسبه نیز نزدیک به ۳٫۱۴ روز برآورد می‌شود.

بااین‌حال، این نتیجه به معنای شکسته‌شدن واقعی RSA-2048 نیست. هنوز دستگاهی با تعداد کیوبیت، پایداری و توان عملیاتی موردنیاز ساخته نشده است. علاوه بر این، فرض‌های مربوط به نرخ خطا و عملکرد سخت‌افزار نقش مهمی در رسیدن به ارقام نهایی دارند.

موضوع دیگر آن است که نتایج مطالعه هنوز در مرحله داوری علمی قرار نگرفته‌اند. پژوهشگران یافته‌های خود را در پایگاه Cryptology ePrint Archive منتشر کرده‌اند؛ پایگاهی که مقالات و دست‌نوشته‌های پژوهشی حوزه رمزنگاری را در دسترس جامعه علمی قرار می‌دهد. انتشار در چنین آرشیوی به‌معنای تأیید نهایی نتایج از طریق داوری علمی نیست و لازم است متخصصان مستقل نیز روش‌ها، فرض‌ها و محاسبات را بررسی کنند.

بنابراین، بهتر است اعداد مطرح‌شده را به‌عنوان برآوردی درباره ظرفیت بالقوه یک معماری کوانتومی در نظر بگیریم، نه گزارشی از یک حمله عملیاتی. ارزش اصلی این پژوهش در نشان‌دادن مسیری است که ممکن است فاصله میان توانایی نظری کامپیوترهای کوانتومی و کاربردهای واقعی آن‌ها را کاهش دهد.

آینده امنیت اینترنت در عصر کامپیوترهای کوانتومی

کامپیوترهای کوانتومی هنوز در مراحل توسعه قرار دارند، اما پیشرفت در طراحی کیوبیت‌ها و روش‌های کنترل خطا می‌تواند در سال‌های آینده معادلات امنیت دیجیتال را تغییر دهد. پژوهش تازه درباره کیوبیت‌های گربه‌ای نشان می‌دهد که برخی موانع فنی ممکن است با معماری‌های متفاوت کاهش پیدا کنند و منابع لازم برای اجرای الگوریتم‌های قدرتمند کمتر از برآوردهای قدیمی باشد.

اگر سناریوی مطرح‌شده در این مطالعه روزی به واقعیت تبدیل شود، بسیاری از روش‌های رمزنگاری عمومی که امروز برای محافظت از اطلاعات استفاده می‌شوند، باید مورد بازنگری قرار بگیرند. RSA تنها یکی از نمونه‌های مهم این خانواده است و رمزنگاری مبتنی بر منحنی بیضوی نیز از جمله روش‌هایی محسوب می‌شود که در برابر الگوریتم شور آسیب‌پذیری نظری دارند.

بااین‌حال، آینده امنیت اینترنت صرفاً به ساخت سریع‌تر کامپیوترهای کوانتومی وابسته نیست. توسعه روش‌های پساکوانتومی، اصلاح پروتکل‌های ارتباطی و آماده‌سازی زیرساخت‌های حساس نیز بخش مهمی از این رقابت فناورانه را تشکیل می‌دهند.

در حال حاضر، کاربران عادی نیازی ندارند تصور کنند حساب‌های بانکی یا دارایی‌های دیجیتال آن‌ها در آستانه هک‌شدن قرار دارد. پژوهش جدید درباره توانایی احتمالی دستگاه‌های آینده است و نه قابلیتی که رایانه‌های کوانتومی امروزی در اختیار دارند. بااین‌حال، برای شرکت‌های فناوری، بانک‌ها، دولت‌ها و ارائه‌دهندگان خدمات اینترنتی، این یافته هشداری جدی محسوب می‌شود.

پیام اصلی مطالعه آن است که امنیت دیجیتال باید پیش از رسیدن کامپیوترهای کوانتومی قدرتمند به مرحله عملیاتی، برای تغییرات بزرگ آماده شود. اگرچه شکستن RSA-2048 در سه روز هنوز یک سناریوی محاسباتی است، کاهش چشمگیر منابع موردنیاز نشان می‌دهد که دوران رمزنگاری کلاسیک ممکن است با چالش‌هایی جدی روبه‌رو شود. نتایج این پژوهش در پایگاه Cryptology ePrint Archive و با شناسه ۲۰۲۶/۲۶۶۵ منتشر شده است و بررسی‌های علمی بیشتر می‌تواند میزان اعتبار فرض‌ها و امکان تحقق عملی آن‌ها را روشن‌تر کند.