טרם ביצעת אימות לכתובת הדוא"ל שלך. לאימות כתובת הדואל שלך  לחצו כאן

רשימת קריאה

רשימת הקריאה מאפשרת לך לשמור כתבות ולקרוא אותן במועד מאוחר יותר באתר,במובייל או באפליקציה.

לחיצה על כפתור "שמור", בתחילת הכתבה תוסיף את הכתבה לרשימת הקריאה שלך.
לחיצה על "הסר" תסיר את הכתבה מרשימת הקריאה.

האם נמצאה טכנולוגיית הצפנה בלתי ניתנת לפיצוח?

במאמר שפורסם השבוע במגזין Nature הדגימה קבוצה של מדענים סינים כי ניתן להשתמש בלווין בכדי ליישם שיטה של הצפנה קוונטית שאינה ניתנת לפיצוח. זאת הפעם הראשונה בה נעשה שימוש בטכנולוגיה מעין זו למרחקים גדולים, וצעד ראשון לעבר רשת תקשורת עולמית מאובטחת בשיטה זו

תגובות
מערכת החיווט של מכונה לפענוח קוד אניגמה
Bob Lord

באוגוסט בשנה שעברה שיגרו מדענים סינים לווין בעל יכולות הצפנה קוונטית, לניסוי ראשון מסוגו להעברת מידע למרחקים גדולים. השבוע פורסם במאמר במגזין Nature כי הניסוי צלח והלוויינים העבירו אינפורמציה מאובטחת למרחק של 1,200 קילומטר. הייחוד בשיטת ההצפנה הזאת, לעומת מה שמקובל בעולם כיום, הוא שלראשונה ניתן להוכיח כי זו איננה ניתנת לפיצוח (אם מיושמת כיאות), גם מול אתגרים עתידיים כגון מחשוב קוונטי.

תולדות הפיענוח בעידן התבונה

מאז ראשית ההיסטוריה בני אדם היו מעוניינים לדבר אחד עם השני בפרטיות והמציאו צפנים שונים בכדי לעשות זאת. ניתן למצוא צופן כזה אצל ירמיהו בתנ"ך, וגם יוליוס קיסר השתמש בצופן פשוט הנקרא היום על שמו. הבעיה בכל הצפנים האלה היא שהצדדים חייבים להיפגש בכדי לחלוק ביניהם מפתח סודי, כזה שבלעדיו לא יוכל צד שלישי לפענח.

הצפנים הלכו והשתכללו, אך כולם סבלו מפגם זה. ה"אניגמה" - שיטת ההצפנה בה השתמשה גרמניה הנאצית - היה קוד קשה במיוחד לפיצוח ודרש יכולות של ענק כמו אלן טיורינג וחבריו בבלצ'לי פארק לצורך פיצח יום יומי שלו. אך הגרמנים היה חייבים להעביר את סידורי המכונה, כלומר את המפתח, ליחידות השונות שלהם. ברגע שבנות הברית הצליחו לשים ידיהם על חוברות הקוד, הם יכלו לפענח את כל התקשורת הנאצית עד שהקידוד יוחלף.

בעיה זו נראתה בלתי ניתנת לפיתרון. אם שני צדדים לא יכולים להיפגש, איך יתאמו מפתח בלי שצד שלישי יוכל להאזין לתהליך התאמת המפתח? אם ינסו, יוכל צד שלישי להאזין למאמצי ההתאמה וכך ללמוד בעצמו את המפתח. ב-1976 הגיע הצמד מרטין הלמן ו-ויטפילד דיפי והציגו פיתרון לבעיה הזאת, שמאז שינה את העולם ואפשר לבצע ברשת האינטרנט את הדברים שהיום נראים לנו ברורים מעליהם כגון התקשרות עם הבנק שלנו או קניות ברשת. בשנה שעברה הוענק להם פרס טיורינג על רעיון זה.

מכונת פענוח קוד "אניגמה" מדגם Bombe
National Security Agency

השיטה עובדת כך: אדם א' רוצה לדבר עם אדם ב' דרך צד ג'. א' שולח מסר ל-ב' בתוך קופסה סגורה, ג' לא יכול לקרוא את המסר מכיוון שהקופסה סגורה, אבל כך גם ב'. ב' מוסיף מצידו מנעול נוסף לקופסא ושולח את הקופסה בחזרה ל-א', שיש עתה ברשותו שני מנעולים. א' מוריד את המנעול שלו, ומחזיר את הקופסה בחזרה לב' רק עם המנעול של ב', אותו הוא יודע לפתוח. בכל התהליך הזה ג' לא מסוגל לקרוא את המסר מכיוון שתמיד שיש לפחות מנעול אחד בקופסה, עד שהיא מגיעה ל-ב' והוא פותח אותה. שנה אחר כך הציגו RSA (רון ריבסט, עדי שמיר ולאונרד אדלמן) רעיון משלהם לשימוש במפתחות ציבוריים ופרטיים שהשיג תוצאה דומה (לימים הסתבר כי שירותי מודיעין הכירו את השיטה הזאת כבר ב-1973).

ההנחה הרווחת היא כי בהינתן כוח המחשוב הקיים, יידרשו שנים בכדי לפענח הודעה אחת שהוצפנה בשיטות אלו, וכאשר כוח החישוב ידביק את הפער, נוכל פשוט להגדיל את המפתחות בהם משתמשים, ושוב נפתח את הפער הנדרש.

אם כך למה התאמצו הסינים כל כך? ראשית, מדובר בהנחות קושי ללא הוכחה. אנחנו סבורים שקשה לפצח את ההצפנה, אבל לא יכולים להוכיח זאת. תאורטית ייתכן כי ניתן לפצח מפתחות כאלו, ואי שם ב-NSA יושב לו אדם שקורא בקביעות את כל ההודעות המוצפנות בעולם, ולא מספר לאף אחד. 

שנית, ברגע שיהיה בעולם מיחשוב קוונטי הרי שזמן הפיענוח של הודעות מוצפנות בשיטות אלו יהיה קצר מאוד. היות שהערכות בעולם מדברות על כעשור עד שיבנה מחשב כזה שיוכל לבצע חישובים רלוונטיים, הרי שאם אתם מתכננים לדסקס קנוניה לרצח אדם אחר, עדיף לעשות זאת במפגש פנים אל פנים ולא בהצפנה, היות שההתיישנות על רצח גדולה מזמן זה.

פעולות מוזרות ממרחק

"חלוקת מפתח קוונטית" - השיטה בה השתמשו הסינים - נחלקת לפרוטוקולים שונים המנצלים תכונות קוונטית של חלקיקים בכדי לחלק מפתח אקראי. שיטה מקובלת אחת משתמשת במה שאלברט איינשטין הגדיר כ"פעולות מפחידות ממרחק" (Spooky Action at a Distance). מן המפורסמות היא שמדענים לא אוהבים את מכניקת הקוונטים. באחד מניסיונתיו להפריך את את אחד העקרונות הבסיסיים שלה - עיקרון אי הוודאות - הוא הראה כי בכדי שזה יהיה נכון, פעולות על חלקיק אחד צריכות להשפיע גם על חלקיק מרוחק ממנו. זה נראה לו אבסורד, אך התברר שזאת המציאות, ובכך דווקא חיזק את התאוריה.

בשיטה זאת מחלקים חלקיקי אור "שזורים" - כלומר מחוברים כפי שאיינשטיין הגדיר - בין שני הצדדים המעוניינים לחלוק מפתח. שינויים באחד מהחלקיקים ישפיעו גם על השני וכך אפשר שני הצדדים יכולים להסכים על מפתח אקראי שידוע רק לשניהם, כל צד שלישי שיתערב יתגלה מיד.

בשיטה שנייה מנצלים את העובדה כי עצם מדידת מצבים קוונטים של חלקיקים משפיעה עליהם ומשתמשים לשם כך באובייקטים במצב שנקרא סופרפוזיציה, כלומר יכולים להימצא בו-זמנית במגוון מצבים קוונטים בהסתברויות שונות, אשר קורסים לאחד רק כאשר צופים בהם. המחשה מפורסמת לכך נתן ארווין שרדינגר כאשר הסביר כי חתול הנמצא בקופסה סגורה יחד עם רעל המשתחרר בחצי מהמקרים ואז הורג את החתול. לפי פרשנות מכניקת הקוונטים, עד שהצצנו בקופסה החתול נמצא בה הוא גם מת וגם חי בהסתברות שווה. מוזר, אבל זו המציאות.

החתול של שרדינגר

את העיקרון הזה מנצלים בצורה הבאה: שני הצדדים מכינים חלקיקים עם תכונות קוונטיות מסויימות במצב של סופרפוזיציה ושולחים אותם לצד השני. לאחר מכן הצדדים מקבלים מבצע מדידות ומנחש את הדרך בה הצד השני הכין את החלקיקים, ובממוצע, במחצית מהפעמים הם יצדקו. אם צד שלישי יתערב במדידות שני הצדדים "ירגישו", מכיוון שכך יתערבו טעויות במדידה. זו השיטה בה המדענים הסינים השתמשו בניסוי. כך שני הצדדים המרוחקים ביניהם כ-1,200 קילומטר החליטו על מפתח אקראי שמשותף לשניהם, וידוע רק להם.

מרגע זה אפשר להשתמש במפתח כפי שאנו עושים כיום. כך למעשה, הם השתמשו בשיטה פשוטה הידועה כבר מ-1882 ונקראת One-time pad, בה מרכיבים את המסר עם המפתח האקראי. התוצאה נדמית אקראית גם לצופה מהצד. ב-1940, הוכיח אבי תורת האינפורמציה קלוד שאנון כי שיטה זאת בטוחה לחלוטין. כלומר, המנסה לפצח אותה צריך לבדוק את כל האפשרויות השונות למפתח בכדי להצליח לפענח את הטקסט. כלומר, בניגוד להנחות הלא מוכחות בשיטות האחרות, המתבססות על קושי חישוב מתמטי, בשיטה בה השתמשו המדענים הסינים הבטיחות של הקוד נעוצה בחוקי הטבע עצמו.

עד היום תהליך זה בוצע במרחקים קצרים יחסית. בהישג הסיני לא מדובר בהגדלת טווח פשוטה, שכן מצבים קוונטים לא ניתנים להעתקה או הגברה ולכן אי אפשר פשוט לשים מגברים ולהגדיל את מרחק התקשורת. מדובר בקפיצת מדרגה מרשימה לעומת המרחקים הקצרים בהם זה בוצע עד היום. בעזרת מספר לא גדול של לווינים אפשר יהיה לתקשר באופן בטוח לחלוטין בין כל חלקי כדור הארץ בצורה זאת. כך ניתן גם להשתמש במפתח אחר לכל הודעה, כך שגם אם מפתח מסויים מתגלה לצד שלישי, הרי שזה מסוגל לקרוא רק הודעה אחת, ולא יכול להמשיך להאזין בקביעות.

השימושים האפשריים ברשתות תקשורת מאובטחות לחלוטין הוא כמובן גדול, כמו גם היכולת לשלוח אינפורמציה קוונטית למרחקים גדולים. יהיה מעניין להמשיך לעקוב אחר ההתפתחויות בתחום.



תגובות

דלג על התגובות

בשליחת תגובה זו הנני מצהיר שאני מסכים/מסכימה עם תנאי השימוש של אתר הארץ

סדר את התגובות