Hazırkı rəqəmsal dövrdə internet təhlükəsizliyi hər zamankindən daha aktualdır. Məlumatların qorunması, şəxsi məlumatların gizliliyi və milli təhlükəsizlik kimi məsələlər hər bir ölkə və hər bir fərd üçün prioritet təşkil edir. Lakin, mövcud şifrələmə texnologiyaları, xüsusilə də RSA və elliptik əyri şifrələmə kimi ictimai açar infrastrukturları (PKI), gələcəkdə yaranacaq kiber-təhdidlərə qarşı nə qədər davamlı olacaq? Bu sualın cavabı, kiber-təhlükəsizlik sahəsində inqilabi dəyişikliklərə səbəb olacaq bir texnologiyada gizlənir: Kvant Şifrələmə. Bu məqalədə biz kiber-təhlükəsizliyin gələcəyini formalaşdıracaq kvant şifrələməsinin nə olduğunu, necə işlədiyini və niyə hazırkı internet təhlükəsizliyini tamamilə dəyişəcəyini ətraflı şəkildə araşdıracağıq.

Kvant Şifrələmə Nədir?

Kvant şifrələmə, kvan-t mexanikasının qəribə və güclü prinsiplərindən istifadə edərək məlumatların ötürülməsini və qorunmasını təmin edən bir texnologiyadır. Ən əsas fərqi ondan ibarətdir ki, hazırkı şifrələmə üsulları riyazi çətinliklərə əsaslanır (məsələn, böyük ədədləri vurma və ya sadə ədədlərə ayırma). Bu riyazi çətinliklər, müasir kompüterlər üçün belə həll edilməsi çox vaxt aparan problemlərdir. Lakin, kvan-t kompüterləri, bu cür riyazi problemləri çox sürətli həll etmək qabiliyyətinə malikdir. Bu isə o deməkdir ki, gələcəkdə güclü kvan-t kompüterləri yarandığında, hazırkı şifrələmə üsulları asanlıqla qırıla bilər.

Kvant şifrələmə isə bu məsələyə fərqli bir yanaşma gətirir. O, riyazi çətinliklərə deyil, fizikanın fundamental qanunlarına əsaslanır. Kvan-t mexanikasının əsas prinsiplərindən biri olan «ölçmənin təsiri» (measurement disturbance) prinsipi, kvan-t şifrələməsinin təhlükəsizliyinin əsasını təşkil edir. Bu prinsipə görə, bir kvan-t sistemini (məsələn, foton) müşahidə etmək və ya ölçmək, onun vəziyyətini dəyişir. Kvant şifrələməsində, məlumatlar kvan-t bitləri (qubitlər) vasitəsilə ötürülür. Bu qubitləri dinləməyə çalışan hər hansı bir dinləyici, qubitlərin vəziyyətini pozacaq və bu pozuntu, məlumatı alan tərəf tərəfindən aşkar ediləcək. Beləliklə, kvan-t şifrələməsi, məlumatların «dinlənilməz» olmasını təmin edir, çünki hər hansı bir müdaxilə dərhal bilinəcək.

Kvant Şifrələməsinin Əsas Texnologiyaları: Kvant Paylanması (QKD)

Kvant şifrələməsinin ən yaygın və inkişaf etmiş tətbiqi Kvant Paylanması (Quantum Key Distribution – QKD) texnologiyasıdır. QKD, iki tərəfin (məsələn, A və B) təhlükəsiz bir şəkildə gizli bir məxfi açar (secret key) yaratmasına imkan verir. Bu açar daha sonra ənənəvi simmetrik şifrələmə (symmetric encryption) üçün istifadə olunur. QKD-nin əsas məqsədi, bu məxfi açarın heç bir dinləyici tərəfindən əldə edilməməsini təmin etməkdir.

QKD-nin bir neçə fərqli protokolü var, lakin ən məşhurları BB84 (Bennett & Brassard 1984) və E91 (Ekert 1991) protokollarıdır. Bu protokolların hər biri, fotonların polarizasiya vəziyyətlərini istifadə edərək məlumat ötürür. Məsələn, BB84 protokolunda, göndərən tərəf fotonları müxtəlif polarizasiya bazalarında (məsələn, + və x bazaları) təsadüfi şəkildə kodlayır. Alan tərəf isə fotonları təsadüfi bazalarda ölçür. Məlumat ötürüldükdükdən sonra, göndərən və alan tərəflər hansı bazaları istifadə etdiklərini müqayisə edirlər. Hər iki tərəfin eyni bazanı istifadə etdiyi hallarda, ötürülən bitlər eyni olur və onlar məxfi açarın bir hissəsini təşkil edir. Əgər hər hansı bir dinləyici fotonları «görməyə» çalışsa, o, fotonların polarizasiyasını dəyişəcək və bu da müqayisə zamanı səhvlərə səbəb olacaq. Bu səhvlərin sayı müəyyən bir həddi aşarsa, tərəflər məlumatın təhlükəsiz olmadığını başa düşürlər və yeni bir açar yaratmağa çalışırlar.

QKD-nin təhlükəsizliyi, fotonların fiziki xüsusiyyətlərinə əsaslanır. Bir fotonu «kopyalamaq» (cloning) qeyri-mümkündür (no-cloning theorem) və fotonun vəziyyətini dəyişmədən öyrənmək də mümkün deyil. Bu səbəbdən, QKD, «dinləyən-əgər-sən-dinləyirsən» (eavesdrop-if-you-can) prinsipinə uyğun olaraq, təhlükəsizliyin zəmanətini verir.

Niyə Hazırkı İnternet Təhlükəsizliyi Təhdid Altındadır?

Hazırkı internet təhlükəsizliyinin əsasını təşkil edən kriptoqrafik üsullar, əsasən riyazi çətinliklərə əsaslanır. Bunlardan ən yayğınları Asimmetrik Kriptoqrafiya (Public-Key Cryptography) sistemləridir, məsələn, RSA (Rivest–Shamir–Adleman) və Eliptik Əyri Kriptoqrafiyası (Elliptic Curve Cryptography – ECC). Bu sistemlər, böyük ədədlərin vurulmasının çətinliyi (RSA) və ya elliptik əyrilər üzərində diskret loqarifm problemi (ECC) kimi riyazi tapşırıqlara əsaslanır.

Bu günə qədər bu riyazi problemlər, klassik kompüterlər üçün həll edilməsi inanılmaz dərəcədə vaxt aparan və ya qeyri-mümkün olan tapşırıqlardır. Lakin, kvan-t kompüterləri bu vəziyyəti tamamilə dəyişə bilər. Peter Shor 1994-cü ildə Shor alqoritmini inkişaf etdirdi, bu alqoritm kvan-t kompüterlərinin böyük ədədləri effektiv şəkildə faktorlaşdıra biləcəyini göstərdi. Bu isə o deməkdir ki, Shor alqoritmi RSA şifrələməsini asanlıqla qırıla bilər. Eyni şəkildə, kvan-t kompüterləri, Eliptik Əyri Kriptoqrafiyasını da səmərəli şəkildə qıra biləcək alqoritmlərə malikdir.

Bu təhlükə, yalnız gələcəkdə deyil, artıq bu gündən mövcuddur. «Bazar ertəsi» (Harvest now, decrypt later) hücumları adı verilən bir ssenari, kiber-cinayətkarların və ya dövlət aktyorlarının bu gün şifrələnmiş məlumatları toplamağa başladığını, onları gələcəkdə kvan-t kompüterləri yarandığında deşifr etmək ümidi ilə saxlamağını nəzərdə tutur. Bu, milli təhlükəsizlik, maliyyə məlumatları, sağlamlıq qeydləri və digər həssas məlumatlar üçün ciddi bir təhdid yaradır. Hazırkı internet infrastrukturu, bank sistemləri, kommunikasiya şəbəkələri və onlayn ticarət platformaları bu riyazi əsaslara söykənir. Kvan-t kompüterlərinin inkişafı, bu sistemlərin hamısını birdən zəiflədə bilər.

Kvant Davamlı Kriptoqrafiya (PQC) və Kvant Şifrələməsi Arasındakı Fərq

Bu təhlükəni başa düşən alimlər və mühəndislər, «kvan-t davamlı kriptoqrafiya» (Post-Quantum Cryptography – PQC) adlanan yeni bir sahə üzərində işləməyə başladılar. PQC, kvan-t kompüterləri tərəfindən qırıla bilməyəcək yeni riyazi əsaslara söykənən kriptoqrafik alqoritmlər yaratmağı hədəfləyir. Bu alqoritmlər, kvan-t kompüterləri üçün çətin olan fərqli riyazi problemlərə (məsələn, çox dəyişkənli çoxhədlilərin həlli, lattice-based kriptoqrafiya, kod-based kriptoqrafiya və ya isogeniya əsaslı kriptoqrafiya) əsaslanır.

PQC, kvan-t şifrələməsinə bir alternativ deyil, əksinə onunla tamamlayıcı bir yanaşmadır. PQC, mövcud infrastrukturları kvan-t hücumlarına qarşı daha davamlı etmək üçün nəzərdə tutulmuşdur, lakin o, hələ də riyazi çətinliklərə əsaslanır və gələcəkdə kvan-t kompüterlərinin gücü artdıqca, bu alqoritmlərin də zəifləməsi riski mövcuddur.

Kvant Şifrələməsi (Quantum Cryptography), xüsusilə QKD, isə fizikanın fundamental qanunlarına əsaslanır. Onun təhlükəsizliyi riyazi çətinliklərdən asılı deyil. Bu, onu kvan-t hücumlarına qarşı «təbii» olaraq davamlı edir. Lakin, QKD-nin öz məhdudiyyətləri var. O, məsafə ilə məhdudlaşır (fotonlar fiber-optik kabellər və ya hava vasitəsilə ötürülür və məsafə artdıqca zəifləyirlər) və mövcud internet infrastrukturuna inteqrasiya olunması üçün xüsusi avadanlıqlar tələb edir. QKD, əsasən açar paylanması üçün istifadə olunur, məlumatın özünün şifrələnməsi isə hələ də ənənəvi (lakin kvan-t davamlı) üsullarla həyata keçirilir.

Beləliklə, gələcəyin təhlükəsizlik strategiyası, həm PQC, həm də QKD texnologiyalarının birləşməsini əhatə edəcək. PQC, ümumi internet trafiki üçün təhlükəsizliyi təmin edərkən, QKD, ən həssas kommunikasiyalar (məsələn, dövlət idarələri, maliyyə qurumları, hərbi rabitə) üçün tam təhlükəsiz açar mübadiləsini təmin edəcək.

Kvant Şifrələməsinin Tətbiq Sahələri və Gələcəyi

Kvant şifrələməsinin tətbiq sahələri olduqca genişdir və gələcəkdə daha da artacaq. Hazırda ən çox diqqət çəkən sahələr aşağıdakılardır:

1. Milli Təhlükəsizlik və Müdafiə: Dövlət idarələri, ordular və kəşfiyyat agentlikləri, ən həssas məlumatlarını qorumaq üçün kvan-t şifrələməsinə böyük maraq göstərirlər. Kvan-t kompüterlərinin potensialı, milli təhlükəsizlik üçün ciddi bir təhdid yaratdığı üçün, bu sahədə kvan-t davamlı həllər həlledici rol oynayacaq.

2. Maliyyə Sektoru: Banklar, fond birjaları və digər maliyyə qurumları, milyonlarla dollar dəyərində tranzaksiyaları və müştəri məlumatlarını qorumaq üçün yüksək səviyyəli təhlükəsizliyə ehtiyac duyurlar. Kvan-t hücumları, maliyyə sistemləri üçün fəlakət ola bilər. Ona görə də, bu sektor kvan-t davamlı texnologiyalara sürətlə keçid etməli olacaq.

3. Sağlamlıq Xidmətləri: Xəstəxanalarda və tibbi tədqiqat mərkəzlərində saxlanılan xəstə məlumatları, şəxsi və həssas məlumatlardır. Bu məlumatların gizliliyi və təhlükəsizliyi qanuni və etik baxımdan son dərəcə vacibdir. Kvan-t şifrələməsi, bu məlumatların gələcəkdə qeyri-qanuni yollarla əldə edilməsinin qarşısını ala bilər.

4. Kritik İnfrastruktur: Enerji şəbəkələri, su təchizatı sistemləri və nəqliyyat idarəetmə sistemləri kimi kritik infrastrukturun təhlükəsizliyi, cəmiyyətin normal fəaliyyəti üçün vacibdir. Bu sistemlərin kvan-t hücumlarına qarşı qorunması, kvan-t şifrələməsi sayəsində mümkün olacaq.

5. İnternet Xidmətləri və Bulud Hesablama: Gələcəkdə bütün internet xidmətləri və bulud platformaları kvan-t hücumlarına qarşı davamlı olmalıdır. Bu, istifadəçilərin məlumatlarının təhlükəsizliyini təmin edəcək və rəqəmsal ekosistemin etibarlılığını qoruyacaq.

Kvant şifrələməsi hələ də inkişaf etməkdə olan bir sahədir. QKD sistemləri artıq ticarət məhsulları kimi mövcuddur və bir sıra ölkələrdə (məsələn, Çin, ABŞ, Böyük Britaniya) dövlət və kommersiya qurumları tərəfindən sınaqdan keçirilir və tətbiq olunur. Məsələn, 2017-ci ildə Çin, «Micius» peyki vasitəsilə QKD istifadə edərək 1200 km məsafədə təhlükəsiz kommunikasiya həyata keçirmişdir. Bu, kvan-t şifrələməsinin uzun məsafələrə tətbiqinin mümkünlüyünü göstərdi.

Gələcəkdə, kvan-t internetinin (quantum internet) yaradılması planlaşdırılır. Bu internet, qubitləri ötürmək və kvan-t hesablama resurslarını paylaşmaq üçün nəzərdə tutulmuşdur. Kvan-t interneti, kvan-t şifrələməsinin tam potensialını ortaya çıxaracaq və tamamilə yeni tətbiqlərə yol açacaq.

Kvant Şifrələməsinə Keçidin Çətinlikləri və Həll Yolları

Kvant şifrələməsinə keçid, bir sıra çətinlikləri də özü ilə gətirir. Bunlardan bəziləri aşağıdakılardır:

1. Texnoloji İnfrastruktur: Kvant şifrələməsi, xüsusilə QKD, mövcud telekommunikasiya infrastrukturundan fərqlənir. Fotonların ötürülməsi üçün xüsusi fiber-optik kabellər və ya peyk əlaqəsi tələb olunur. Mövcud internetə inteqrasiya, böyük investisiyalar tələb edəcək.

2. Məsafə Məhdudiyyətləri: Fotonlar, məsafə artdıqca zəifləyir və itkiyə məruz qalır. QKD-nin effektiv məsafəsi bir neçə on kilometrlə məhdudlaşır. Bu məhdudiyyəti aradan qaldırmaq üçün «kvant təkrarlayıcıları» (quantum repeaters) kimi yeni texnologiyalar inkişaf etdirilməlidir. Bu texnologiyalar hələ də tədqiqat mərhələsindədir.

3. Maliyyə Xərcləri: Kvant şifrələmə avadanlıqları hələ də bahadır. Müəssisələr və hökumətlər, bu texnologiyalara keçid üçün əhəmiyyətli maliyyə vəsaitləri ayırmalıdırlar.

4. Standartlaşdırma və Uyğunluq: Kvant şifrələmə sahəsində standartların yaradılması və müxtəlif sistemlərin bir-biri ilə uyğunluğunun təmin edilməsi vacibdir. NIST (National Institute of Standards and Technology) kimi qurumlar, artıq PQC standartlarını müəyyənləşdirməyə başlamışlar və kvan-t davamlı kriptoqrafiya sahəsində işləri davam etdirirlər.

5. Maarifləndirmə və Təlim: Kvant şifrələməsi mürəkkəb bir sahədir. Mütəxəssislərin hazırlanması və cəmiyyətin bu texnologiyalar haqqında məlumatlandırılması vacibdir.

Bu çətinliklərə baxmayaraq, kvan-t şifrələməsinin gələcəyi parlaqdır. Texnologiya inkişaf etdikcə, xərclər azalacaq, məsafə məhdudiyyətləri aradan qalxacaq və inteqrasiya daha asanlaşacaq. Beynəlxalq səviyyədə aparılan tədqiqatlar və investisiyalar, kvan-t şifrələməsini real bir həllə çevirir.

Nəticə

Kvant şifrələməsi, hazırkı internet təhlükəsizliyini tamamilə dəyişəcək bir inqilabdır. Kvan-t kompüterlərinin yüksəlişi ilə ənənəvi şifrələmə üsullarının zəifləməsi qaçılmazdır. Bu təhdidə qarşı ən etibarlı müdafiə isə kvan-t mexanikasının qanunlarına əsaslanan kvan-t şifrələməsidir. Kvant Paylanması (QKD) kimi texnologiyalar, məlumatların dinlənilməz bir şəkildə ötürülməsini təmin edir. Kvant Davamlı Kriptoqrafiya (PQC) isə mövcud sistemləri kvan-t hücumlarına qarşı daha davamlı edəcək. Bu iki texnologiyanın birləşməsi, gələcəyin rəqəmsal dünyası üçün möhkəm bir təhlükəsizlik təməli yaradacaq.

Növü və miqyasından asılı olmayaraq, bütün təşkilatlar və fərdlər, bu texnoloji dəyişikliyə hazır olmalıdırlar. Milli təhlükəsizlikdən tutmuş şəxsi məlumatların qorunmasına qədər, kvan-t şifrələməsi, rəqəmsal gələcəyimizi təmin etmək üçün ən vacib vasitələrdən biri olacaq. Bu, yalnız texnologiya deyil, həm də gələcəyin rəqəmsal təhlükəsizliyinin fundamental bir hissəsidir.

MÜƏLLİF Murad Əliyev