هویت دیجیتال و فناوریهای کوانتومی
کوانتوم، کوچکترین ذره ممکن از هر چیزی است و فناوری کوانتومی به دستهای از فناوریها اطلاق میشود که از رفتار ویژه ذرات کوانتومی و اصول فیزیک کوانتومی مانند درهمتنیدگی، برهمنهی و عدم قطعیت در انجام محاسبات، ذخیرهسازی اطلاعات، انتقال داده، رمزنگاری و حل مسائل پیچیده استفاده میکنند. این فناوری، کارکردهای بسیار متفاوتی نسبت به فناوریهای کلاسیک دارد و از آن، انتظار ایجاد تحول عظیم و جهش بزرگ در آینده علوم رایانشی، روشهای رمزنگاری و ارتباطی میرود. با توجه به نوپا بودن علم کوانتومی، این فناوری هنوز در حال توسعه است و مطمئناً قابلیتهای رو به رشد آن مانند پردازش سریع، حوزههایی همچون هوش مصنوعی، امنیت، بهینهسازی و مدلسازی را متحول خواهد نمود. از مهمترین شاخههای فناوری کوانتومی میتوان به رایانش کوانتومی، ارتباطات کوانتومی و حسگرهای کوانتومی اشاره کرد.
مهمترین شاخهها و کاربردهای فناوری کوانتومی
- رایانش کوانتومی: رایانش کوانتومی شاخهای از فناوریهای کوانتومی است کهاز اثرات کوانتومی جهت سرعت بخشیدن به محاسبات خاص بهره میبرد. سرعت بالای محاسبات، از مهمترین ویژگیهای آن است، بهطوریکه در عرض چند دقیقه قادر به حل مسائلی است که ابررایانههای کنونی قادر به حل آن نیستند. در رایانش کوانتومی از کیوبیت (بیت کوانتومی) در پردازش اطلاعات استفاده میشود. یک کیوبیت برخلاف بیت که تنها در یکی از دو حالت صفر و یک است، میتواند هر حالتی بین این دو مقدار را داشته باشد. از جمله کاربردهای رایانش کوانتومی میتوان به موارد ذیل اشاره نمود:
- هوش مصنوعی کوانتومی: یادگیری ماشین کوانتومی (QML) تلفیقی از محاسبات کوانتومی و یادگیری ماشین است که با استفاده از کیوبیتها میتواند محاسبات پیچیده را بسیار سریعتر از کامپیوترهای کلاسیک انجام دهد. QML میتواند دقت، کارایی و مقیاسپذیری الگوریتمهای هوش مصنوعی را بهبود بخشد و در زمینههای مختلفی مانند کشف دارو، پزشکی شخصی، تحلیل ریسک مالی و امنیت سایبری کاربرد دارد.
- شبیهسازی کوانتومی: شبیهساز کوانتومی یک ابزار برای شبیهسازی رفتارها و ویژگیهای سیستمهای کوانتومی است. شبیهسازها مکانیسمی ارائه میدهند که از طریق آن میتوان بدون نیاز به داشتن یک سختافزار کوانتومی فیزیکی، پدیدههای کوانتومی را درک کرد.
- حسگرها و سنسورهای کوانتومی: حسگرها و سنسورهای کوانتومی با استفاده از مکانیسم کوانتومی، اندازهگیری بسیار دقیقتر از سنسورهای غیر کوانتومی انجام میدهند که کاربردهای متنوعی در تصویربرداری پزشکی، تشخیص مواد شیمیایی و تشخیص بیماری دارد.
- ارتباطات کوانتومی: ارتباطات کوانتومی شاخهای از علم ارتباطات است که از اصول مکانیک کوانتومی برای انتقال اطلاعات استفاده میکند. این فناوری نوظهور، رویکردی کاملاً متفاوت نسبت به روشهای سنتی ارتباطات دارد و پتانسیل ایجاد ارتباطات امنتر، سریعتر و کارآمدتر را داراست. شبکههای کوانتومی با تحول نحوه انتقال داده از طریق تلپورتیشن کوانتومی و تعویض درهمتنیدگی، سطوح امنیتی جدیدی را ایجاد میکنند که در برابر استراق سمع یا نفوذ مقاوم است. تلپورتیشن کوانتومی به معنای انتقال اطلاعات کوانتومی بین مکانهای دور از هم بدون انتقال فیزیکی داده است. تعویض درهمتنیدگی کوانتومی نیز به ذرات اجازه میدهد بهگونهای به هم متصل شوند که وضعیت یکی از آنها بر وضعیت دیگری حتی در فواصل دور تأثیرگذار باشد. از این فناوری میتوان برای ایجاد پیوندهای امن میان سیستمهای مدیریت هویت دیجیتال و انتقال امن کلیدهای رمزنگاری یا دادههای مربوط به هویت استفاده کرد و اطمینان حاصل نمود که دادههای به اشتراک گذاشتهشده بین کاربران یا نهادها به خوبی رمزگذاری شده و توسط مکانیک کوانتومی محافظت میشوند. از جمله کاربردهای ارتباطات کوانتومی میتوان به موارد ذیل در رمزنگاری ارتباطات اشاره نمود:
- تولید اعداد تصادفی کوانتومی (QRNG): QRNG به تولید اعداد تصادفی جهت استفاده در فرآیندهای رمزنگاری اشاره دارد. یکی از چالشهای اساسی در رمزنگاری و امنیت هویت دیجیتال، تولید اعداد تصادفی واقعی در کلیدهای رمزنگاری امن است. QRNGها از پیشبینیناپذیری ذاتی مکانیک کوانتوم و اندازهگیری حالتهای کوانتومی برای تولید اعداد تصادفی و کلیدهای رمزنگاری غیرقابل پیشبینی و ایمن در سیستمهای احراز هویت و رمزنگاری استفاده میکنند.
- رمزنگاری کوانتومی: در سیستمهای مدیریت هویت دیجیتال، کلیدهای رمزنگاری، نقش اساسی در تأیید هویت، حفاظت از دادههای کاربر و جلوگیری از سرقت هویت ایفا میکنند. با استفاده از رمزنگاری کوانتومی، این کلیدها به شکلی ایمن توزیع شده و مانع از دسترسی غیرمجاز به دادههای هویتی میشوند. مهمترین فناوری در این زمینه توزیع کلید کوانتومی (QKD) است که از پدیدههایی مانند اصل عدم قطعیت هایزنبرگ و برهمنهی کوانتومی استفاده میکند تا کلیدهای رمزنگاری را با روشی تولید و مبادله کند که کاملاً ایمن و غیرقابل نفوذ باشند. در این فرآیند اگر مهاجمی برای رهگیری کلیدها تلاش کند، این اقدام بلافاصله قابل شناسایی خواهد بود، زیرا دستکاری یا رهگیری دادههای کوانتومی وضعیت آنها را تغییر میدهد.
آینده فناوری کوانتومی
فناوری کوانتومی یکی از پنج فناوری پیشرو در آینده برای تبدیلشدن به اقتصاد جهانی نوآور و پشتیبانی از ابرقدرتها در علم و فناوری است. از آنجا که محاسبات کوانتومی در مراحل اولیه بلوغ خود است، فرصتی برای توسعه، پیشبرد و تحول جوامع و سازمانها فراهم نموده و احتمالاً تا 10 سال آینده به پتانسیل واقعی خود دست خواهد یافت. پردازش کوانتومی بازار عظیمی است که طبق پیشبینی مؤسسه تحقیقات محاسبات کوانتومی آکسفورد، احتمالاً تا سال ۲۰۳۵، ارزش آن به ۱.۳ تریلیون دلار خواهد رسید و بسیاری از سازمانها به دنبال بهرهمندی از سرویسهای کوانتومی منبع باز یا ادغام آن با برنامههای کاربردی خود جهت دسترسی به قابلیتهای کوانتومی در کسبوکار همچون حفاظت از داده، امنیت و قابلیت اعتماد هستند.
برای مطالعه مقالات بیشتر در مورد هویت دیجیتال و فناوری کوانتوم، فصلنامه شماره 25 هویت دیجیتال را دانلود نمایید.
در نتیجه با تأکید بر اهمیت و سرعت پیشرفت این فناوری در دنیا، ضرورت آموزش منابع انسانی در این حوزه، توسعه زیرساختهای مورد نیاز، تجمیع ظرفیتهای پراکنده موجود و ایجاد پیوند میان بخشهای مختلف زنجیره فناوری کوانتوم در کشور ایران احساس میشود. بسیاری از دولتها مانند آلمان، با هدف تقویت حکمرانی در امنیت سیستمهای فناوری اطلاعات ملی یا بریتانیا در راهبرد ملی کوانتومی خود، بر ضرورت دستیابی به دستاوردهای این فناوری و بهرهمندی از راهحلهای آن در زیرساختهای حیاتی و بخشهای مهمی مانند پروژههای بانکی، شرکتهای بیمه، بخشهای مراقبت بهداشتی و مؤسسات دولتی و خصوصی تأکید کردهاند تا از انقلاب محاسبات کوانتومی و تحولات آن در آینده نزدیک بهرهمند شوند.
هویت دیجیتال در عصر کوانتوم
علوم و فناوریهای کوانتومی با بسیاری از حوزههای مختلف علمی، فناوری و صنعتی در ارتباط هستند، آنها را تحت تأثیر قرار داده و متحول میسازند (شکل ذیل)؛ به طور مثال این فناوری توسط اوبر در تعیین سریعترین و مقرون بهصرفهترین مسیر یا در صنعت داروسازی برای مدلسازی فعلوانفعالات شیمیایی و تسریع روند درمان استفاده شده است.
در این بین یکی از حوزههای مهم متأثر از فناوری کوانتومی، مدیریت هویت دیجیتال است. به طور کلی فناوری کوانتوم در کنار فرصتهای فوقالعادهای که برای مدیریت هویت دیجیتال ایجاد میکند، تهدیدات و چالشهای مهمی را نیز به همراه دارد.
بیشتر بخوانید: بلاکچین در خدمت هویت دیجیتال
مهمترین تهدید امنیتی کوانتوم برای هویت دیجیتال، امکان شکستن الگوریتمهای رمزنگاری و به مخاطره افتادن امنیت کلیدهای عمومی (مبنای سیستمهای هویتی) در نتیجهی سرعت و قدرت پردازشی بالای کامپیوترهای کوانتومی است. در واقع حملات کوانتومی بهراحتی قابلیت شکستن الگوریتمهای رمزنگاری بهکاررفته در زیرساختهای سیستمهای هویتی و به مخاطره انداختن کاربردها و سرویسهای ارائهشده توسط این سیستمها را دارا هستند. مخاطرات ایجادشده عبارتند از: دسترسی غیرمجاز به اطلاعات حساس، جعل و دستکاری داده و هویتهای دیجیتال، و نقض حریم خصوصی کاربران.
برای مقابله با تهدیدات امنیتی کوانتومی، میتوان از رویکرد مقاومت کوانتومی استفاده نمود که در دو دسته رمزنگاری و ارتباطات کوانتومی و رمزنگاری پساکوانتومی تقسیمبندی میشوند. رمزنگاری پساکوانتومی (PQC) در مقابل رمزنگاری کوانتومی، بر پایه الگوریتمهای سنتی مقاومتر برای مقابله با توان محاسباتی رایانههای کوانتومی طراحی شدهاند و برخلاف توزیع کلید کوانتومی (QKD) که از فناوری کوانتومی استفاده میکند، بر روی سختافزارهای سنتی قابل اجرا هستند و نیازی به سختافزار کوانتومی ندارند؛ در نتیجه به دلیل سازگاری با زیرساختهای موجود میتوان از آن در سیستمهای فعلی بدون تغییرات اساسی استفاده کرد.
PQC از ساختارهای ریاضی بسیار پیچیده مانند شبکههای عددی، توابع هش و چندجملهایها بهره میبرد که حتی رایانههای کوانتومی با قدرت پردازش بالا قادر به شکستن آنها نیستند. از سوی دیگر، برخی از فرصتهای استفاده و یکپارچهسازی فناوریهای کوانتومی در ارائه خدمات هویت دیجیتال عبارتند از:
- تأمین امنیت هویت دیجیتال با استفاده از تولید اعداد تصادفی کوانتومی و رمزنگاری کوانتومی بهویژه QKD که چارچوبی قوی برای تبادل امن کلیدها و ارتباطات فراهم نموده و از دادههای حساس در برابر جعل هویت و حملات سایبری محافظت میکند. همچنین توسعه کانالهای ارتباطی فوق امن از طریق شبکههای کوانتومی که با بهرهگیری از تلپورتیشن کوانتومی و درهمتنیدگی، با لایههای امنیتی تقویتشده و در برابر تهدیدات سایبری کنونی و آینده بسیار مقاوم است و حفاظت بیشتری از هویتهای دیجیتال ارائه میدهند.
- استفاده از احراز هویت کوانتومی که روشی مطمئن در تائید هویت دیجیتال است. در این روش، فرستنده کیوبیتهایی با اطلاعات تصادفی یا درهمتنیده به گیرنده ارسال میکند. گیرنده این کیوبیتها را اندازهگیری کرده و با دادههای از پیش توافقشده مقایسه میکند. هرگونه تلاش برای رهگیری یا دستکاری اطلاعات باعث تغییر در حالت کوانتومی میشود و دخالت بلافاصله شناسایی میگردد که این ویژگی، امنیت بسیار بالایی را فراهم میکند. احراز هویت کوانتومی در سیستمهای بانکی، قراردادهای دیجیتال و تأیید هویت کاربران در فضای مجازی کاربرد دارد.
- بهبود و ارتقای روشهای احراز هویت با سیستمهای احراز هویت بیومتریک تقویتشده با فناوریهای کوانتومی در شناسایی و احراز هویت بیومتریک مانند اثرانگشت یا تشخیص چهره که با بهرهمندی از الگوریتمهای کوانتومی، دقیقتر و امنتر از سیستمهای کنونی هستند.
- استفاده از رایانش کوانتومی در پردازش حجم زیادی از دادههای بیومتریک و هویتی که با سرعتی بسیار بالاتر از سیستمهای کلاسیک، اعتماد و دقت در فرآیندهای احراز هویت را افزایش میدهند.
- توسعه روشهای نوین در احراز هویت بلادرنگ با استفاده از یادگیری ماشینی کوانتومی که از ترکیب کوانتوم و هوش مصنوعی در الگوریتمهای یادگیری ماشینی کوانتومی برای شناسایی سریع الگوهای پیچیده در دادههای هویتی استفاده میکند. در این سیستمها، تحلیل دادههای بیومتریک (مانند اثرانگشت، چهره یا صدا) در زمان واقعی انجام شده و از مقایسه آن با دادههای ثبتشده، احراز هویت کاربر انجام میشود. سرعت و دقت پردازش داده در این روش بسیار بالاست و مقاوم در برابر تقلب و حملات سایبری است.
- استفاده از رمزنگاری کوانتومی و الگوریتمهای یادگیری ماشین کوانتومی در احراز هویت مستمر تطبیقی که به جای یکبار احراز هویت در ابتدا، دسترسی کاربر را بر اساس مجموعهای از عوامل ریسک و رفتار کاربر به طور مستمر ارزیابی و تنظیم میکند. این نوع سیستمها به طور پیوسته فعالیت کاربر را رصد نموده و با تغییر سطح ریسک، سطح امنیت را نیز تغییر میدهند؛ میتوان از شبیهسازی کوانتومی جهت مدلسازی دقیقتر رفتار مهاجمان و پیشبینی حملات احتمالی استفاده نمود.
- استفاده از امضای دیجیتال کوانتومی به عنوان یکی از ارکان اصلی احراز هویت و ثبت اطلاعات غیرقابل تغییر و یکی از روشهای پیشرفته برای تضمین صحت و تمامیت داده و احراز هویت طرفین در ارتباطات؛ این روش بر اساس اصول مکانیک کوانتومی و بر پایه حالات کوانتومی صورت میگیرد؛ بنابراین، امضا قابل جعل یا کپیبرداری نیست و امنیت این روش حتی در برابر حملات رایانههای کوانتومی نیز تضمین میشود.
به طور مثال در شکل زیر یک سرویس هویت کوانتومی نشان داده شده که از احراز هویت کوانتومی در لایه کوانتوم فابریک جهت مدیریت ایمن افراد و دسترسیها استفاده میشود.
کوانتوم فابریک شبکهای از سیستمهای کوانتومی است که برای تأیید هویت دیجیتال ایمن و قابل اعتماد، از اصول مکانیک کوانتوم، رمزنگاری کوانتوم و الگوریتمهای کوانتومی برای ایجاد و تأیید کلیدهای رمزنگاری منحصربهفرد استفاده میکند. در یک سیستم احراز هویت که از پروتکلهای استاندارد و دایرکتوریهای فعال مانند SAP یا LDAP استفاده میکند، میتوان از فناوری کوانتوم جهت رمزنگاری و تولید توکن استفاده نمود و امنیت و سرعت سیستم را افزایش داد.
نویسندگان: مریم میرشریف، زهرا میرزاحسین
