رمزنگاری مبتنی بر شبکه چیست و چرا اهمیت دارد؟

رمزنگاری روشی قدیمی برای رمزگذاری اطلاعات با استفاده از مسائل ریاضی است. به طور کلی برای امنیت بیشتر اطلاعات، بر اساس فرمول های پیچیده ریاضی رمزگذاری می شوند و تنها افرادی می توانند به محتوای رمزگذاری شده دسترسی داشته باشند که کلید یا الگوریتم مورد نظر را داشته باشند.

در سال 1994، دانشمندی به نام پیترشور کشف کرد که اگر رایانه های کوانتومی اختراع شوند، بسیاری از زیرساخت های مورد استفاده برای محافظت از اطلاعات را از بین می برند. این احتمال ترسناک، محققان را به فکر تولید طرح‌های رمزگذاری جدید و «پسا کوانتومی» برای نجات اطلاعات مهم از تهدید رایانه‌های کوانتومی انداخته است. بنابراین، بر اساس مجموعه ای از عملیات ریاضی، روش رمزگذاری جدیدی طراحی کردند که رمزگشایی آن تقریبا غیرممکن است. این الگوریتم جدید «رمزنگاری مبتنی بر شبکه» نام دارد که در ادامه به بررسی اهمیت و مزایای آن می پردازیم.

رمزنگاری مبتنی بر شبکه چیست؟

همانطور که جهان برای ظهور محاسبات کوانتومی آماده می شود، محبوبیت و اهمیت رمزنگاری مبتنی بر شبکه نیز افزایش می یابد. تاکنون پیشرفت های متعددی در زمینه محاسبات کوانتومی صورت گرفته است و این امر باعث رونق بیشتر بازار رمزنگاری کوانتومی می شود. همانطور که گفتیم رمزنگاری مبتنی بر شبکه اغلب مبتنی بر مفاهیم ریاضی است و برخلاف روش‌های مرسوم کنونی، یکی از بهترین حوزه‌های رمزنگاری پس کوانتومی محسوب می‌شود. یک مش شامل مجموعه ای از بردارها است که در آن نقاط با خطوط مستقیم به هم متصل شده اند و یک الگوی پیچیده را توصیف می کنند. این عامل رمزنگاری مبتنی بر شبکه را جایگزین جذابی برای سایر روش های رمزنگاری رایج مانند RSA می کند که در برابر حملات هکرها آسیب پذیر هستند.

همانطور که قبلاً اشاره کردیم، رمزنگاری مبتنی بر شبکه اجازه می دهد تا پیام ها به گونه ای رمزگذاری شوند که فقط توسط شخصی که کلید صحیح را می داند رمزگشایی شود. برای مثال، فرض کنید دو شبکه دارید. یکی با ده امتیاز و دیگری با صد امتیاز. اگر بخواهید به طور تصادفی دو نقطه از هر شبکه را انتخاب کنید، تعیین اینکه کدام نقطه از شبکه ده نقطه ای با کدام نقطه از شبکه صد نقطه ای مطابقت دارد، پیچیده و دشوار خواهد بود. در حالی که اگر کلید صحیح را می دانستید، به راحتی نقاط را مطابقت می دادید و در نهایت می توانستید پیام مورد نظر را رمزگشایی کنید.

مفهوم شبکه ها

برای درک صحیح رمزهای مبتنی بر شبکه و رمزنگاری مبتنی بر این روش، شناخت شبکه‌ها و مسائل ریاضی پیرامون آنها بسیار مهم است. شبکه ها به طور گسترده توسط بسیاری از ریاضیدانان مورد مطالعه قرار گرفته اند. به نظر می رسد که منبع بسیاری از روش های رمزنگاری مبتنی بر شاخه ای از ریاضیات به نام نظریه اعداد است. این نظریه شامل مجموعه ای از مسائل ساده، انعطاف پذیر و در عین حال حل نشده است که نقش مهمی در کلید عمومی یا رمزنگاری نامتقارن داشته اند. به عنوان مثال، یکی از ساده ترین مسائل ریاضی، فاکتورسازی است و بسیاری از طرح های رمزنگاری نامتقارن که امروزه مورد استفاده قرار می گیرند، بر اساس این مسئله هستند. در واقع شکستن هر یک از این رمزگذاری ها نیازمند حل یکی از مسائل ریاضی مانند فاکتورسازی است.

با گذشت زمان، ما به تولید رایانه های کوانتومی و ظهور آنها در دنیای فناوری نزدیک می شویم و دانشمندان متوجه شده اند که این فناوری تهدیدی برای رمزنگاری فعلی خواهد بود. از این رو برای طراحی روش جدید رمزگذاری، این بار به نظریه مش روی آورده اند. به زبان ساده، شبکه مفهومی در ریاضیات و تئوری اعداد است که فضایی دو بعدی را توصیف می کند که در آن چندین بردار توسط نقاط به هم متصل شده اند. به تعداد بردارهای شبکه، پایه شبکه می گویند.

امنیت الگوریتم های مبتنی بر شبکه اغلب به حل مسائل ریاضی در فضای شبکه ها بستگی دارد. کوتاه ترین مسئله برداری (SVP) یکی از پیچیده ترین مسائل ریاضی مورد استفاده در رمزنگاری مبتنی بر شبکه است. وقتی داده‌ها به این روش رمزگذاری می‌شوند، هکر باید کوتاه‌ترین بردار را که از مبدا شروع می‌شود، برای رمزگشایی پیدا کند. این مشکل ممکن است ساده به نظر برسد، اما یافتن کوتاه‌ترین بردار در یک شبکه آنقدر دشوار است که انتظار می‌رود رایانه‌های کوانتومی قادر به حل آن نباشند. زیرا رمزهای مبتنی بر شبکه مانند Dilithium و Kyber ثابت کرده اند که پتانسیل بالایی برای مقاومت در برابر حملات منابع کوانتومی دارند و به طور گسترده نمونه هایی از رمزگذاری مقاوم در برابر کوانتومی محسوب می شوند.

مزایای رمزگذاری مبتنی بر شبکه

استفاده از مسائل پیچیده ریاضی در روش جدید و پرکاربرد رمزگذاری، باعث می شود که کسب و کارها از سیستم خود در برابر خطرات احتمالی محافظت کنند. رمزنگاری مش مزایای مختلفی نسبت به رمزنگاری رایج دارد که از جمله آنها می توان به موارد زیر اشاره کرد:

امنیت بهبود یافته: یکی از مهمترین مزایای روش جدید رمزگذاری این است که به طور قابل توجهی امنیت شبکه را بهبود می بخشد. زیرا رمزگشایی شبکه‌ها بسیار دشوارتر از ساختارهای مورد استفاده در رمزنگاری‌های دیگر مانند منحنی‌های بیضوی است.

محاسبات سریعتر: زمان محاسبات سریعتر تأثیر مستقیمی بر عملکرد سیستم دارد. به خصوص در برنامه هایی که نیاز به پاسخ فوری دارند، مانند پخش رسانه ای یا بازی آنلاین.

مصرف انرژی کمتر: الگوریتم‌های رمزنگاری مش علاوه بر سریع‌تر بودن، انرژی کمتری مصرف می‌کنند و می‌توانند روی سخت‌افزارهایی که به انرژی کمتری نیاز دارند پیاده‌سازی شوند.

پیاده سازی آسان: بر خلاف سایر الگوریتم‌ها مانند منحنی بیضوی، رمزنگاری شبکه‌ای را می‌توان بر روی سخت‌افزار خارج از قفسه پیاده‌سازی کرد و در دسترس‌تر و کم‌هزینه‌تر ساخت. علاوه بر این، هیچ الزام خاصی برای اجرای این نوع رمزگذاری وجود ندارد.

علاوه بر مزایای ذکر شده، رمزنگاری مبتنی بر شبکه می تواند برای کاربردهای مختلف استفاده شود. همچنین چندین روش مختلف برای ساخت مش وجود دارد که به معنای انعطاف پذیری در نحوه استفاده از این نوع رمزگذاری است.

رایانه‌های کوانتومی می‌توانند مشکلاتی را که برای محاسبه صدها هزار سال در رایانه‌های معمولی طول می‌کشد، در چند ثانیه حل کنند و با این عملکرد به راحتی می‌توانند بر پروتکل‌های رمزگذاری که امروزه استفاده می‌کنیم غلبه کنند. بنابراین، انتظار می رود که استانداردهای رمزگذاری جدید مانند رمزگذاری مبتنی بر شبکه در آینده محبوبیت بیشتری پیدا کند. زیرا ما را نسبت به امنیت رمزنگاری در دنیای پسا کوانتومی امیدوارتر می کند.