گوگل با هوش مصنوعی نیاز سخت‌افزاری برای شکست رمزنگاری را ۲۰ برابر کاهش داد

اگر تصور می‌کنید رمزنگاری فعلی داده‌های شما تا دهه‌ها امن است، باید بدانید که هوش مصنوعی در حال تخریب این دیوار دفاعی با سرعتی بسیار بیشتر از پیش‌بینی‌هاست. این فناوری اکنون نه تنها در لایه نرم‌افزاری، بلکه در بهینه‌سازی سخت‌افزارهای کوانتومی برای شکستن رمزها نقش ایفا می‌کند. هوش مصنوعی در حال شتاب بخشیدن به زمان‌بندی «تهدید کوانتومی» است، زیرا دقیقاً همان سخت‌افزارها و الگوریتم‌هایی را که برای شکستن رمزنگاری استفاده می‌شوند، بهینه می‌کند.

گوگل کوانتوم ای‌آی (Google Quantum AI) در ژوئیه ۲۰۲۴ گزارش داد که موفق شده است یک رایانه کوانتومی را به‌گونه‌ای آموزش دهد که خطاهای خود را در لحظه (Real-time) شناسایی و اصلاح کند. این پیشرفت باعث افزایش چشمگیر پایداری ماشین شده است.

رایانه‌های کوانتومی به شدت نسبت به نویزهای محیطی حساس هستند. کوچک‌ترین تغییرات در محیط اطراف می‌تواند آن‌ها را از حالت تنظیم خارج کرده و باعث بروز خطا شود؛ موضوعی که معمولاً پژوهشگران را مجبور می‌کند برای کالیبراسیون مجدد، محاسبات را متوقف کنند. گوگل با استفاده از هوش مصنوعی برای تنظیم سیستم در حین اجرا — مشابه کوک کردن یک ساز در حین اجرا — پایداری دستگاه را ۳.۵ برابر افزایش داد (زمانی که پژوهشگران عمداً سیستم را از تنظیم خارج کردند) و نرخ خطا را پس از کالیبراسیون انسانی ۲۰٪ دیگر کاهش داد.

نیاز به پایداری مستمر

این پایداری تنها یک دستاورد فنی ساده نیست، بلکه پیش‌شرط اجرای الگوریتم شور (Shor’s algorithm) است؛ ابزاری ریاضی که قادر است رمزنگاری کلید عمومی را از هم بپاشد. محاسبات کوانتومی کاربردی ممکن است در نهایت نیاز داشته باشند که برای روزها یا حتی ماه‌ها به‌طور مداوم اجرا شوند. بنابراین، نگه داشتن ماشین در حالت پایدار بدون توقف مکرر محاسبات، امری حیاتی است.

خطرات واقعی زمانی ظاهر می‌شود که هوش مصنوعی چرخه پژوهش در طراحی مدار، کالیبراسیون و تحلیل رمزنگاری را به‌طور هم‌زمان فشرده می‌کند. در حالی که این حوزه‌ها پیش‌تر در بازه‌های زمانی مجزا پیشرفت می‌کردند، اکنون پژوهش‌های کوانتومی با سرعت توسعه نرم‌افزاری پیش می‌روند. در مقابل، مهاجرت رمزنگاری با سرعت بسیار کندتری حرکت می‌کند که توسط سخت‌افزارهای مستقر، تأمین‌کنندگان، ساختارهای حاکمیتی و کاربران تعیین می‌شود.

هدف سخت‌افزاری در حال کوچک شدن

برای دهه‌ها، ابهام درباره «آخرالزمان کوانتومی» نه در ریاضیات، بلکه در سخت‌افزار بود. پیتر شور دهه‌ها پیش ثابت کرد که یک رایانه کوانتومی به اندازه کافی قدرتمند می‌تواند رمزنگاری RSA و منحنی بیضوی (ECC) را بشکند؛ دو شکل گسترده از رمزنگاری کلید عمومی که ارتباطات دیجیتال را محافظت می‌کنند. ریاضیات این موضوع دهه‌هاست که شناخته شده است؛ تنها سؤال این بود که سخت‌افزار چه زمانی به توانایی لازم برای اجرای این حمله در مقیاسی کاربردی می‌رسد.

تحولات اخیر نشان می‌دهد که هوش مصنوعی در حال پایین آوردن سقف مورد نیاز برای تعریف «قدرت کافی» است:

• در مارس ۲۰۲۴، گوگل کوانتوم ای‌آی تخمین‌های جدیدی برای حمله به رمزنگاری منحنی بیضوی منتشر کرد. آن‌ها محاسبه کردند که الگوریتم شور می‌تواند با کمتر از ۵۰۰,۰۰۰ کیوبیت (Qubit) فیزیکی تحت فرضیات سخت‌افزاری آزمایش شده آن‌ها اجرا شود.
• این تخمین تقریباً ۲۰ برابر کمتر از پیش‌بینی‌های پیشرو قبلی است. نکته قابل توجه این است که هیچ جهش سخت‌افزاری ۲۰ برابری رخ نداده است؛ بلکه طراحی بهتر مدارها باعث شد نیاز سخت‌افزاری برای رسیدن به هدف کاهش یابد.
• یک تلاش متن‌باز به نام ECDSA.fail از عامل‌های هوش مصنوعی برای بهینه‌سازی بیشتر این حملات استفاده کرد. این شبکه در عرض چند ساعت به بنچمارک گوگل رسید و در عرض چند روز از آن پیشی گرفت. تا پایان ژوئن، کارآمدترین مدار گزارش شده، ۴۷.۵٪ نسبت به بنچمارک بهینه‌تر بود.

کارآمدی مدار و زمان تقویمی متفاوت حرکت می‌کنند. هر افزایش در کارآمدی، نیازهای سخت‌افزاری آینده را کاهش می‌دهد و هوش مصنوعی می‌تواند این نیاز را پیش از آنکه سازمان‌ها به تخمین قبلی واکنش نشان دهند، باز هم پایین‌تر بکشد.

شکاف در هماهنگی دفاعی

اقدامات دفاعی در حال حرکت هستند، اما با یک ساعت سازمانی کندتر عمل می‌کنند. در سال ۲۰۲۴، مؤسسه ملی استانداردها و فناوری (NIST) نخستین استانداردهای پساکوانتومی خود را نهایی کرد. برخی از پذیرندگان اولیه در حال حرکت هستند: کلودفلر (Cloudflare) گزارش می‌دهد که بیش از ۶۵٪ ترافیک انسانی در شبکه آن در حال حاضر از رمزنگاری پساکوانتومی استفاده می‌کند. اپل پروتکل رمزنگاری پساکوانتومی به نام PQ3 را برای iMessage مستقر کرده و سیگنال نیز به افزودن حفاظ‌های پساکوانتومی به پروتکل خود ادامه داده است.

هوش مصنوعی در جبهه دفاع نیز کمک می‌کند. در ژوئیه، مدل کلود (Claude) متعلق به آنتروپیک (Anthropic) یک نقطه ضعف قابل توجه در HAWK شناسایی کرد؛ کاندیدای امضای پساکوانتومی که پیش از آن از دو دور بررسی انسانی جان سالم به در برده بود. چون این نقص در حالی پیدا شد که HAWK هنوز یک کاندید بود، پژوهشگران پیش از استقرار آن را اصلاح کردند و استانداردهای نهایی NIST بدون تغییر باقی ماند.

با این حال، حتی پس از توافق پژوهشگران بر سر رمزنگاری بهتر، سازمان‌ها با یک مانع اجرایی عظیم روبرو هستند. آن‌ها باید مکان سیستم‌های قدیمی را بیابند، با تأمین‌کنندگان هماهنگ کنند، سخت‌افزار و نرم‌افزار را به‌روزرسانی کنند و کاربرانی را که کنترل کلیدهای خود را در دست دارند، منتقل کنند. این وابستگی‌ها می‌تواند سال‌ها زمان ببرد و مهاجرت پساکوانتومی را به یک برنامه زیرساختی با ضرب‌الاجلی تبدیل کند که هیچ‌کس کنترل آن را در دست ندارد.

آسیب‌پذیری بلاک‌چین

در حالی که سرویس‌های وب متمرکز می‌توانند یک به‌روزرسانی پروتکل را یک‌شبه اعمال کنند، شبکه‌های غیرمتمرکز با یک کابوس هماهنگی روبرو هستند. اکثر بلاک‌چین‌ها برای اثبات مالکیت به یک جفت کلید رمزنگاری متکی هستند: یک کلید عمومی که برای شبکه قابل مشاهده است و یک کلید خصوصی که به عنوان مدرک محرمانه برای جابجایی دارایی‌ها عمل می‌کند. بیت‌کوین از این جفت‌کلید برای تأیید تراکنش‌ها استفاده می‌کند.

یک رایانه کوانتومی به اندازه کافی توانمند که الگوریتم شور را اجرا کند، می‌تواند از روی یک کلید عمومیِ افشا شده، به عقب بازگشته و کلید خصوصی را محاسبه کند. در آن نقطه، مهاجم می‌تواند یک تراکنش معتبر ایجاد کرده و وجوه را جابه‌جا کند، گویی مالک قانونی است. برای بلاک‌چین، این تراکنش جعلی کاملاً قانونی به نظر می‌رسد و هیچ میز پشتیبانی وجود ندارد تا پس از پذیرش تراکنش توسط شبکه، انتقال را لغو کند.

مهاجرت برای بلاک‌چین‌ها به طور منحصر به فردی دشوار است زیرا:

۱. هیچ مرجع مرکزی برای اجبار به به‌روزرسانی اجباری در میان کیف‌پول‌ها، صرافی‌ها، متولیان، اعتبارسنج‌ها، توسعه‌دهندگان و دارندگان توکن وجود ندارد.
۲. امضاهای پساکوانتومی به داده‌های بسیار بیشتری نسبت به امضاهای دیجیتالی فعلی بلاک‌چین‌ها نیاز دارند. این امر نیاز به ظرفیت ذخیره‌سازی و شبکه را افزایش می‌دهد که می‌تواند تعداد تراکنش‌هایی را که یک بلاک‌چین می‌تواند به‌طور بهینه پردازش کند، کاهش دهد.
۳. وجوه رها شده یا گم‌شده ممکن است هرگز به آدرس‌های امن کوانتومی منتقل نشوند و شبکه را با تصمیمات حاکمیتی روبرو کنند که رمزنگاری نمی‌تواند آن‌ها را حل کند.

این شکاف بین آمادگی رمزنگاری و مهاجرت شبکه، پنجره‌ای از ریسک شدید ایجاد می‌کند. صنعت هنوز دست‌کم می‌گیرد که این هماهنگی چقدر زمان‌بر است، زیرا تمرکززدایی، همان قدرتی را حذف می‌کند که می‌توانست به سادگی همه را به استانداردی جدید منتقل کند.

آماده شدن برای ضرب‌الاجل

اگر ضرب‌الاجل «روز کوانتومی» (Q-Day) حتی چند سال جلوتر بیفتد، بسیاری از زیرساخت‌های غیرمتمرکز ممکن است خود را در وضعیت «پاسخ به حادثه» (Incident Response) ببینند، نه در وضعیت «مهاجرت برنامه‌ریزی شده». تیم‌های امنیتی بلاک‌چین باید امروز بتوانند به یک سؤال عملیاتی ساده پاسخ دهند: اگر ضرب‌الاجل مهاجرت ناگهان سه سال جلوتر بیفتد، چقدر زمان می‌برد تا کاربران، کیف‌پول‌ها، صرافی‌ها و زیرساخت‌های حیاتی پروتکل را به امضاهای پساکوانتومی منتقل کنیم؟

برای بسیاری از شبکه‌ها، پاسخ هنوز نامشخص است. برای آماده شدن، تیم‌ها باید:

• دقیقاً شناسایی کنند که رمزنگاری آسیب‌پذیر در کجا هنوز در حال استفاده است.
• جایگزین‌های پساکوانتومی را تحت شرایط واقعی شبکه بنچمارک کنند.
• پشتیبانی از کیف‌پول و حضانت (Custody) را پیش از آنکه به یک ویژگی اضطراری تبدیل شود، بسازند.
• کارهای حاکمیتی را در حالی شروع کنند که اختلافات هنوز می‌توانند ماه‌ها زمان ببرند، نه ساعت‌ها.

هوش مصنوعی در حال حاضر چرخه پژوهش را در سمت کوانتومی کوتاه می‌کند. الگوریتم‌های پساکوانتومی تنها زمانی از دارایی‌ها محافظت می‌کنند که کیف‌پول‌ها، صرافی‌ها و پروتکل‌ها بتوانند عملاً از آن‌ها استفاده کنند. تیم‌های امنیتی باید همین حالا مسیر این مهاجرت را بسازند.

اما داستان سخت‌افزاری این تحول حتی شگفت‌انگیزتر است — به تحلیل ما درباره‌ی تراشه‌های Blackwell و نقش آن‌ها در شتاب‌دهی به محاسبات پیچیده مراجعه کنید.