How quantum physics can make encryption stronger | Vikram Sharma

المترجم: Bassel Almehman المدقّق: Abdellatif ZOUMHANE

Recently, we've seen the effects of cyber attacks on the business world.

مؤخراً، بدأت تأثيرات الهجومات الإلكترونية تظهر على عالم الأعمال.

Data breaches at companies like JP Morgan, Yahoo, Home Depot and Target

اختراق بيانات شركات مثل ج.ب موركغن وياهو وهوم دِبو وتارغت

have caused losses of hundreds of millions

أسفرت عن خسائر بمئات الملايين

and in some cases, billions of dollars.

وفي بعض الحالات ملايير الدولارات.

It wouldn't take many large attacks to ravage the world economy.

لن يتطلّب الأمر عدة هجومات لتخريب عالم الاقتصاد.

And the public sector has not been immune, either.

والقطاع العام ليس محصّنًا هو الآخر.

In 2012 to 2014,

منذ 2012 حتى 2014،

there was a significant data breach at the US Office of Personnel Management.

تم اختراق بيانات المكتب الأمريكي لإدارة شؤون الموظفين.

Security clearance and fingerprint data was compromised,

حيث تم إتلاف بيانات لتصاريح أمنية وبصمات الأصابع.

affecting 22 million employees.

22 مليون موظف.

And you may have heard of the attempt by state-sponsored hackers

وربما قد سمعتم بمحاولة من قبل مخترقين مدعومين حكوميًّا

to use stolen data to influence election outcomes in a number of countries.

لِاستغلال بيانات مسروقة، للتأثيرعلى النتائج الانتخابية في عدة دول.

Two recent examples are the compromise of a large amount of data

لدينا مثالان حديثان وهما سرقة كمية كبيرة من المعلومات

from the Bundestag, the national Parliament of Germany,

من الـبوندستاق، البرلمان الوطني بألمانيا،

and the theft of emails from the US Democratic National Committee.

وسرقة الرسائل الإلكترونية من اللجنة الوطنية للحزب الديمقراطي الأمريكي.

The cyber threat is now affecting our democratic processes.

يؤثر التهديد الإلكتروني الآن على عملياتنا الديموقراطية.

And it's likely to get worse.

ومن المرجح أن يسوء الأمر.

As computer technology is becoming more powerful,

مع تطور تكنولوجيا المعلومات وازديادها قوة،

the systems we use to protect our data are becoming more vulnerable.

الأنظمة التي نستعملها لحماية معلوماتنا تزداد ضعفًا وهشاشة.

Adding to the concern is a new type of computing technology,

يُضاف إلى ذلك الشأن نوع جديد من تكنولوجيا المعلومات،

called quantum computing,

يدعى الحوسبة الكمية،

which leverages microscopic properties of nature

والذي يستعمل الخصائص المجهرية للطبيعة

to deliver unimaginable increases in computational power.

ليحقق زيادات غير طبيعية في الطاقة الحاسوبية.

It's so powerful that it will crack many of the encryption systems

تعتبر قوية جدًّا لدرجة أنها ستكسر الكثير من أنظمة التشفير

that we use today.

التي نستعملها اليوم.

So is the situation hopeless?

إذًا هل الوضع ميؤوس منه؟

Should we start packing our digital survival gear

هل علينا أن نبدأ بتوضيب عدتنا الرقمية للنجاة

and prepare for an upcoming data apocalypse?

والاستعداد لكارثة معلوماتية قادمة؟

I would say, not yet.

أنا أقول ليس الآن.

Quantum computing is still in the labs,

الحوسبة الكمية ما تزال قيد الاختبار،

and it will take a few years until it's put to practical applications.

وسيستغرق الأمر بضع سنين قبل أن تكون جاهزةً للتطبيق.

More important,

الأهم من ذلك،

there have been major breakthroughs in the field of encryption.

لدينا اكتشافات كبيرة في مجال التشفير.

For me, this is a particularly exciting time

بالنسبة لي، هذا بالتحديد وقت حماسي جدًّا

in the history of secure communications.

في تاريخ التواصل الآمن.

About 15 years ago,

قبل 15 سنة تقريبًا،

when I learned of our new-found ability

عندما علمت بقدرتنا الجديدة

to create quantum effects that don't exist in nature,

لصنع تأثيرات كمية غير موجودة في الطبيعة،

I was excited.

كنت متحمس.

The idea of applying the fundamental laws of physics

فكرة تطبيق قوانين الفيزياء الأساسية

to make encryption stronger

لجعل التشفير أقوى

really intrigued me.

فعلًا أبهرتني.

Today, a select groups of companies and labs around the world, including mine,

اليوم، مجموعة مختارة من الشركات والمختبرات حول العالم، بما فيهم مختبري،

are maturing this technology for practical applications.

يطورون هذه التقنية لتطبيقها عمليًّا.

That's right.

هذا صحيح.

We are now preparing to fight quantum with quantum.

نحن الآن نحارب الكمية بالكمية.

So how does this all work?

فكيف يعمل كل هذا؟

Well, first, let's take a quick tour of the world of encryption.

في الواقع، أولًا، لنأخذ جولة سريعة في عالم التشفير.

For that, you'll need a briefcase,

لذلك، ستحتاجون إلى حقيبة،

some important documents that you want to send your friend, James Bond,

بعض المستندات المهمة التي تريد إرسالها إلى صديقك، جيمس بوند،

and a lock to keep it all safe.

وقفل ليحفظها كلها بأمان.

Because the documents are top secret, we're going to use an advanced briefcase.

لأن المستندات سرية للغاية، سنستخدم حقيبة متطورة.

It has a special combination lock

لديها قفل رقمي خاص،

which, when closed,

حين يقفل،

converts all the text in the documents to random numbers.

يحول كل النصوص في المستندات إلى أرقام عشوائية.

So you put your documents inside, close the lock --

حينها تضع المستندات بالداخل، تغلق القفل ..

at which point in time the documents get converted to random numbers --

في هذه اللحظة تتحول كل المستندات إلى أرقام عشوائية...

and you send the briefcase to James.

وترسل الحقيبة لجيمس.

While it's on its way, you call him to give him the code.

وهي على الطريق، تقوم بالاتصال بجيمس، لتعطيه الشفرة.

When he gets the briefcase, he enters the code,

عندما يستلم الحقيبة، يدخل الشفرة،

the documents get unscrambled, and voilà,

فتُفك شفرة المستندات، وهكذا،

you've just sent an encoded message to James Bond.

لقد قمت للتو بإرسال رسالة مشفرة لجيمس بوند.

(Laughter)

(ضحك)

A fun example, but it does illustrate three things important for encryption.

مثال مسلٍّ، لكنه يمثل ثلاثة أمور مهمة في التشفير.

The code -- we call this an encryption key.

الشفرة: نسميها مفتاح التشفير.

You can think of it as a password.

يمكنك أن تعتبره كلمة سر.

The call to James to give him the code for the combination lock.

الاتصال بجيمس لإعطائه الشفرة للقفل الرقمي.

We call this key exchange.

نسمي هذا تبادل المفتاح.

This is how you ensure

هكذا تضمن

you get the encryption key securely to the right place.

وصول مفتاح التشفير للمكان الصحيح بأمان.

And the lock, which encodes and decodes the document.

والقفل، الذي يشفر ويفتح تشفير المستندات.

We call this an encryption algorithm.

نسمي هذا خوارزمية التشفير.

Using the key, it encodes the text in the documents

باستعمال المفتاح، نقوم بتشفير النص في المستندات

to random numbers.

لأرقام عشوائية.

A good algorithm will encode in such a way

الخوارزمية الجيدة ستشفر بطريقة

that without the key it's very difficult to unscramble.

تجعل من الصعب جدًّا قراءتها بدون المفتاح.

What makes encryption so important

الذي يجعل التشفير مهم جدًّا

is that if someone were to capture the briefcase and cut it open

هو إن حاول أحد الحصول على الحقيبة وشقها لفتحها

without the encryption key and the encryption algorithm,

بدون مفتاح التشفير وخوارزمية التشفير،

they wouldn't be able to read the documents.

لن يتمكن من قراءة المستندات.

They would look like nothing more than a bunch of random numbers.

لن يجد سوى أرقام عشوائية مبعثرة.

Most security systems rely on a secure method for key exchange

أغلب الأنظمة الأمنية يلجؤون لطريقة آمنة لتبادل المفتاح

to communicate the encryption key to the right place.

لإيصال مفتاح التشفير للمكان الصحيح.

However, rapid increases in computational power

على أي حال، النمو السريع للقوة الحاسوبية

are putting at risk a number of the key exchange methods we have today.

يضع كثيرًا من الطرق التي نستعملها اليوم لتبادل المفتاح في خطر.

Consider one of the very widely used systems today -- RSA.

مثلًا، أحد الطرق الأكثر استعمالًا اليوم هي RSA.

When it was invented, in 1977,

عندما تم اختراعها، سنة 1977،

it was estimated that it would take 40 quadrillion years

قُدّر بأن الأمر سيستغرق 40 كوادريليون سنة

to break a 426-bit RSA key.

لكسر مفتاح من نوع آر إس أي، 426 بايت

In 1994, just 17 years later,

في 1994، يعني 17 عامًا بعدها،

the code was broken.

تم كسر الشفرة.

As computers have become more and more powerful,

ازدياد قوة الحواسيب،

we've had to use larger and larger codes.

دفعنا لتطوير شفرات أطول فأطول.

Today we routinely use 2048 or 4096 bits.

اليوم نحن عادة نستعمل 2048 أو 4096 بايت.

As you can see, code makers and breakers are engaged in an ongoing battle

كما ترون، صانعو وكاسرو الشفرات في حرب أبدية

to outwit each other.

لهزيمة بعضهم البعض.

And when quantum computers arrive in the next 10 to 15 years,

وعندما تصل الحواسيب الكمية في الـ 10 إلى 15 سنة القادمة،

they will even more rapidly crack the complex mathematics

سيكسرون بسرعة أعلى بكثير الرياضيات المعقدة

that underlies many of our encryption systems today.

التي تكوّن أغلب أنظمتنا التشفيرية اليوم.

Indeed, the quantum computer is likely to turn our present security castle

قدوم الحاسوب الكمي سيحول قلعتنا الأمنية الحصينة، الحالية

into a mere house of cards.

إلى بيت من ورق.

We have to find a way to defend our castle.

علينا إيجاد طريقة لحماية قلعتنا.

There's been a growing body of research in recent years

هناك هياكل بحثية تُبنى خلال السنوات الأخيرة

looking at using quantum effects to make encryption stronger.

تستكشف قدرة استعمال التأثيرات الكمية لجعل التشفير أقوى.

And there have been some exciting breakthroughs.

وقد كانت لها بعض النتائج والاكتشافات المذهلة.

Remember those three things important for encryption --

أتذكرون تلك الأشياء الثلاثة المهمة للتشفير ---

high-quality keys, secure key exchange and a strong algorithm?

مفاتيح عالية الجودة، تبادل مفتاح آمن وخوارزمية قوية؟

Well, advances in science and engineering

في الواقع، التقدم في العلوم والهندسة

are putting two of those three elements at risk.

يضع اثنين من هذه العناصر الثلاثة في خطر.

First of all, those keys.

أولًا، هذه المفاتيح.

Random numbers are the foundational building blocks of encryption keys.

الأرقام العشوائية هي حجر الأساس لمفاتيح التشفير.

But today, they're not truly random.

لكنها اليوم ليست عشوائية في الحقيقة.

Currently, we construct encryption keys

الآن، نحن نركّب مفاتيح تشفير

from sequences of random numbers generated from software,

من سلاسل أرقام عشوائية مولّدة من برنامج،

so-called pseudo-random numbers.

المدعوة بالأرقام العشوائية.

Numbers generated by a program or a mathematical recipe

أرقام مولّدة من برنامج أو وصفة رياضيات

will have some, perhaps subtle, pattern to them.

ربما ستكون ذات نمط مرهف شيئًا ما.

The less random the numbers are,

كلما قلت عشوائية الأرقام،

or in scientific terms, the less entropy they contain,

أو بمصطلحات علمية، كلما قلّت الإنتروبيا التي تتضمنها،

the easier they are to predict.

كلما سهل تخمينها.

Recently, several casinos have been victims of a creative attack.

مؤخرًا، كانت الكثير من نوادي القمار ضحية لهجمات إبداعية.

The output of slot machines was recorded over a period of time

تم تسجيل مخرجات آلات القمار على مدى فترة من الزمن

and then analyzed.

وبعدها تم تحليلها.

This allowed the cyber criminals

ما أتاح لمجرمي الأنترنت

to reverse engineer the pseudo-random number generator

عكس هندسة توليد الأرقام زائفة العشوائية

behind the spinning wheels.

خلف عجلات التدوير.

And allowed them, with high accuracy, to predict the spins of the wheels,

وأتاحت لهم، بدقة عالية، أن يخمنوا عدد دورات العجلة،

enabling them to make big financial gains.

لتسمح لهم بتحقيق أرباح مادية عالية.

Similar risks apply to encryption keys.

تنطبق نفس الأخطار على مفاتيح التشفير.

So having a true random number generator is essential for secure encryption.

لذا فامتلاك مولّد أرقام عشوائية حقيقي أساسي للتشفير الآمن.

For years, researchers have been looking at building true random number generators.

لسنوات، عمل الباحثون على صنع مولّدات أرقام عشوائية حقيقية.

But most designs to date are either not random enough,

لكن أغلب التصاميم اليوم إما أنها ليست عشوائية بشكل كاف،

fast enough or aren't easily repeatable.

أو ليست سريعة بشكل كاف، أو ليست سهلة التكرار.

But the quantum world is truly random.

لكن العالم الكمي حقيقةً عشوائي.

So it makes sense to take advantage of this intrinsic randomness.

لذا من المنطق أن نستفيد من هذه العشوائية الغريزية.

Devices that can measure quantum effects

أجهزة بإمكانها قياس التأثيرات الكمية

can produce an endless stream of random numbers at high speed.

تستطيع إصدار عدد لا منتهٍ من الأرقام العشوائية بسرعة عالية.

Foiling all those would-be casino criminals.

محبطةً محاولات مجرمي نوادي القمار.

A select group of universities and companies around the world

تركز مجموعة مختارة من الجامعات والشركات حول العالم

are focused on building true random number generators.

على بناء مولدات أرقام عشوائية حقيقية.

At my company, our quantum random number generator

في شركتي، مولّدنا الكمي للأرقام العشوائية

started life on a two meter by one meter optic table.

كان بحجم طاولة بصرية من مترين في متر.

We were then able to reduce it to a server-size box.

بعدها استطعنا تقليصه لصندوق بحجم خادم.

Today, it's miniaturized into a PCI card that plugs into a standard computer.

اليوم، أصبح بحجم بطاقة منفذ الملحقات المتواجدة بالحواسيب،

This is the world's fastest true random number generator.

هذا هو أسرع مولّد أرقام عشوائية حقيقي في العالم.

It measures quantum effects to produce a billion random numbers per second.

يقيس التأثيرات الكمية ليصدر مليار رقم عشوائي في الثانية.

And it's in use today to improve security

ويتم استعماله اليوم لتحسين الحالة الأمنية

at cloud providers, banks and government agencies

لدى مقدمي الخدمات السحابية، الأبناك، والوكالات الحكومية

around the world.

عبر العالم.

(Applause)

(تصفيق)

But even with a true random number generator,

لكن حتى مع مولّد أرقام عشوائية حقيقي،

we've still got the second big cyber threat:

لا يزال هناك تهديد إلكتروني آخر:

the problem of secure key exchange.

مشكلة التبادل الآمن لمفتاح الأمان .

Current key exchange techniques will not stand up to a quantum computer.

أساليب تبادل المفتاح الحالية لن تصمد أمام حاسوب كمي.

The quantum solution to this problem

الحل الكمي لهذه المشكلة

is called quantum key distribution or QKD,

يدعى توزيع المفتاح الكمي أو ت.م.ك.،

which leverages a fundamental, counterintuitive characteristic

والذي يستعمل خاصية أساسية معاكسة للواقع

of quantum mechanics.

في الميكانيكا الكمية.

The very act of looking at a quantum particle changes it.

مجرد النظر إلى جسيم كمي يغيره.

Let me give you an example of how this works.

دعوني أعطيكم مثالًا لطريقة عمله.

Consider again exchanging the code for the lock with James Bond.

لنأخد مجددًا مثال تبادل شفرة القفل مع جيمس بوند.

Except this time, instead of a call to give James the code,

باستثناء أننا في هذه المرة، عوضًا عن الاتصال لإعطاء جيمس الشفرة

we're going to use quantum effects on a laser to carry the code

سنستعمل التأثيرات الكمية على ليزر لنقل الشفرة

and send it over standard optic fiber to James.

وإرسالها على متن ألياف بصرية نمطية إلى جيمس.

We assume that Dr. No is trying to hack the exchange.

لنفترض أن الدكتور نو يحاول اختراق عملية التبادل.

Luckily, Dr. No's attempt to intercept the quantum keys while in transit

لحسن الحظ، محاولة الدكتور نو لاعتراض الأرقام الكمية وهي في طريقها

will leave fingerprints that James and you can detect.

سيترك بصمات يمكن لجيمس ولك أن تكشفاها.

This allows those intercepted keys to be discarded.

هذا يتيح لتلك الأرقام المعترضة أن تتلف.

The keys which are then retained

يمكن استعمال الأرقام المحتفظ بها حينها

can be used to provide very strong data protection.

لتوفير حماية معلوماتية قوية جدًّا.

And because the security is based on the fundamental laws of physics,

ولأن الأمان مبني على قوانين أساسية في الفيزياء،

a quantum computer, or indeed any future supercomputer

الحاسوب الكمي، أو في الواقع أي حاسوب خارق في المستقبل

will not be able to break it.

لن يتمكن من كسره.

My team and I are collaborating with leading universities

أنا وفريقي الآن نتعاون مع جامعات رائدة

and the defense sector

وقسم الدفاع

to mature this exciting technology

لتنمية هذه التقنية المشوقة

into the next generation of security products.

للجيل القادم من منتجات الأمن.

The internet of things is heralding a hyperconnected era

تكنولوجيا أنترنيت الأشياء تنذر بقدوم عصر جديد للتواصل بامتياز

with 25 to 30 billion connected devices forecast by 2020.

بـ 25 إلى 30 مليار جهاز متصل بحلول عام 2020.

For the correct functioning of our society in an IoT world,

ليضمن مجتمعنا الفعالية الصحيحة في عالم الأجهزة المتصلة بالإنترنت،

trust in the systems that support these connected devices is vital.

فإن الثقة في الأنظمة التي تدعم الأجهزة المتصلة هي أمر حيوي.

We're betting that quantum technologies will be essential in providing this trust,

نحن نراهن على كون التقنيات الكمية أساسًا لتوفير هذه الثقة،

enabling us to fully benefit from the amazing innovations

مما يسمح لنا بالاستفادة الكاملة من الابتكارات المدهشة

that are going to so enrich our lives.

التي ستثري حياتنا كثيرًا.

Thank you.

شكرًا.

(Applause)

(تصفيق)