How quantum physics can make encryption stronger | Vikram Sharma

Translator: Behdad Khazaeli Reviewer: sadegh zabihi

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

اخیراً ما تاثیرات حملات سایبری را در دنیای تجاری می بینیم.

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

نفوذ اطلاعاتی به شرکت‌هایی همچون: جی پی مورگان، یاهو، هوم دپو و تارگت

have caused losses of hundreds of millions

موجب خسارات صدها میلیونی

and in some cases, billions of dollars.

و در برخی موارد، میلیاردها دلاری شده است.

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

نیازی به حملات بزرگ خیلی زیادی برای تخریب اقتصاد جهان نیست.

And the public sector has not been immune, either.

و بخش‌های عمومی هم ایمن نبوده‌اند.

In 2012 to 2014,

در فاصله ۲۰۱۲ تا ۲۰۱۴،

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

نفوذ اطلاعاتی بزرگی در دفتر مدیریت منابع انسانی ایالات متحده اتفاق افتاده است.

Security clearance and fingerprint data was compromised,

دسترسی‌های امنیتی و اطلاعات اثر انگشت در معرض خطر قرار گرفته‌اند،

affecting 22 million employees.

که روی ۲۲ میلیون کارمند تاثیر گذاشته است.

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

و ممکن است از تلاش‌های هکرهایی که توسط دولت‌ها پشتیبانی‌ می‌شوند هم شنیده باشید

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

تا اطلاعات سرقت شده را برای تاثیرگذاری در نتایج انتخابات چند کشور استفاده کنند.

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

دو مثال آخر در معرض خطر قرار گرفتن حجم زیادی از اطلاعات

from the Bundestag, the national Parliament of Germany,

مربوط به بوندشتاگ، پارلمان ملی آلمان،

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

و دزدی ایمیل‌ها از کمیته ملی دموکرات‌های ایالات متحده است.

The cyber threat is now affecting our democratic processes.

تهدیدات سایبری اکنون روی فرایند‌های دموکراتیک ما اثر می‌گذارند.

And it's likely to get worse.

و احتمالا بدتر هم خواهد شد.

As computer technology is becoming more powerful,

همچنان که فناوری رایانه‌ها قدرتمند‌تر می‌شود،

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

سیستم‌هایی که برای حفاظت از اطلاعات استفاده می‌کنیم آسیب‌ پذیرتر می‌شوند.

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

نوع جدیدی از فناوری رایانه‌ای هم نگرانی‌ها را بیشتر کرده است،

called quantum computing,

که رایانش کوانتومی نام دارد.

which leverages microscopic properties of nature

که از توان ویژگی‌های میکروسکوپی طبیعت

to deliver unimaginable increases in computational power.

برای افزایش غیر قابل تصور توان محاسباتی استفاده می‌کند.

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

آنقدر قدرتمند است که بسیاری از سیستم‌های رمزگذاری

that we use today.

امروزی را خواهد شکست.

So is the situation hopeless?

پس آیا دیگر امیدی نیست؟

Should we start packing our digital survival gear

آیا باید ابزار‌های حیاتی دیجیتال خود را جمع کنیم

and prepare for an upcoming data apocalypse?

و برای نابودی جهان اطلاعات آماده شویم؟

I would say, not yet.

من می‌گویم، هنوز نه.

Quantum computing is still in the labs,

رایانش کوانتومی هنوز در آزمایشگاه‌هاست،

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

و چند سالی طول خواهد کشید تا کاربرد‌های عملی پیدا کند.

More important,

از آن مهمتر،

there have been major breakthroughs in the field of encryption.

پیشرفت‌های بزرگی در رمزنگاری حاصل شده است.

For me, this is a particularly exciting time

برای من، مشخصا زمان هیجان انگیزی است

in the history of secure communications.

در تاریخ ارتباطات امن.

About 15 years ago,

حدود ۱۵ سال قبل،

when I learned of our new-found ability

وقتی از توانایی تازه کشف شده‌مان مطلع شدم

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

تا تاثیرات کوانتومی که در طبیعت وجود ندارد ایجاد کنیم،

I was excited.

هیجان زده شدم.

The idea of applying the fundamental laws of physics

این فکر که قوانین پایه‌ای فیزیک را

to make encryption stronger

برای قوی‌تر شدن رمز نگاری اعمال کنیم

really intrigued me.

واقعا مرا جذب خود کرد.

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

امروز، گروه مشخصی از شرکت‌ها و آزمایشگاه‌های جهانی، شامل شرکت من،

are maturing this technology for practical applications.

مشغول کامل کردن این فناوری در کاربرد‌های عملی هستند.

That's right.

درست است.

We are now preparing to fight quantum with quantum.

ما حالا از کوانتوم برای مبارزه با کوانتوم استفاده می‌کنیم.

So how does this all work?

نحوه این کار چگونه است؟

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

خوب، بگذارید ابتدا بازدید سریعی از دنیای رمزنگاری انجام دهیم.

For that, you'll need a briefcase,

برای اینکار، نیاز به یک کیف داری،

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

مدارک خیلی مهمی که می‌خواهی برای دوستت جیمز باند بفرستی،

and a lock to keep it all safe.

و قفلی برای آنکه امن باشد.

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

چون مدارک فوق سری هستند، از یک کیف پیشرفته استفاده می‌کنیم.

It has a special combination lock

که قفل ترکیبی خاصی دارد

which, when closed,

که وقتی که بسته است،

converts all the text in the documents to random numbers.

تمامی متن‌های مدارک را به عدد‌های تصادفی تبدیل می‌کند.

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

پس مدارکت را داخل کیف می‌گذاری و قفلش را می بندی --

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

در همین موقع مدارک تبدیل به عدد‌های تصادفی می‌شوند --

and you send the briefcase to James.

و بعد کیف را برای جیمز می‌فرستی.

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

وقتی که کیف در راه است با او تماس می‌گیری و کد را به او می‌دهی.

When he gets the briefcase, he enters the code,

وقتی که کیف را گرفت، کد را وارد می‌کند،

the documents get unscrambled, and voilà,

مدارک بازگشایی می‌شوند، بفرمایید،

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

شما مدارک رمزنگاری شده‌ای برای جیمز باند فرستادید.

(Laughter)

(خنده)

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

مثال بامزه‌ای بود، اما سه موضوع مهم در رمزنگاری را نشان می‌دهد.

The code -- we call this an encryption key.

کد -- که نامش را کلید رمز می‌گذاریم.

You can think of it as a password.

می‌توانی آن را مانند رمز ورود تصور کنی.

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

تماسی که با جیمز گرفته شد تا کلید را به او دهیم تا قفل را باز کند.

We call this key exchange.

به این تبادل کلید گفته می‌شود.

This is how you ensure

این روشی است که مطمئن می‌شوید

you get the encryption key securely to the right place.

که کلید رمز را به شکلی ایمن رسانده‌اید.

And the lock, which encodes and decodes the document.

و قفل که مدارک را کدگذاری یا باز می‌کند

We call this an encryption algorithm.

به آن آلگوریتم رمزنگاری می‌گوییم.

Using the key, it encodes the text in the documents

با استفاده از کلید، متن را در مدارک کد گذاری می‌کنیم

to random numbers.

به صورت اعدادی تصادفی.

A good algorithm will encode in such a way

یک آلگوریتم خوب کد گذاری را

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

به صورتی انجام می‌دهد که بدون کلید بلزگشایی بسیار سخت باشد.

What makes encryption so important

چیزی که رمز‌نگاری را اینهمه مهم می‌کند

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

این است که اگر کسی کیف را قاپید و باز کرد

without the encryption key and the encryption algorithm,

بدون کلید رمز و الگوریتم رمزگذاری،

they wouldn't be able to read the documents.

نتواند مدارک را بخواند.

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

آنها به چیزی بیشتر از یک دسته عدد تصادفی شبیه نخواهند بود.

Most security systems rely on a secure method for key exchange

بیشتر سیستم ‌های امنیتی وابسته به راهکار امنی برای انتقال کلید هستند

to communicate the encryption key to the right place.

تا کلید رمز را به محل صحیح انتقال دهند.

However, rapid increases in computational power

اگرچه، رشد سریع قدرت رایانه‌ها

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

بعضی روش‌های انتقال کلید امروزی را در معرض خطر قرار می‌دهد.

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

یکی از روش‌های امروزی که خیلی استفاده می‌شود -- RSA را در نظر گیرید.

When it was invented, in 1977,

وقتی که در ۱۹۷۷ اختراع شد،

it was estimated that it would take 40 quadrillion years

تخمین زده شد که ۴۰ کوادریلیون سال طول می‌کشد

to break a 426-bit RSA key.

تا کلید ۴۲۶ بیتی RSA را بشکنیم.

In 1994, just 17 years later,

در سال ۱۹۹۴، فقط ۱۷ سال بعد،

the code was broken.

کد شکسته شد.

As computers have become more and more powerful,

همانطور که رایانه‌ها قوی و قوی‌تر می‌شدند،

we've had to use larger and larger codes.

باید کد‌های بزرگ و بزرگتر استفاده می‌کردیم.

Today we routinely use 2048 or 4096 bits.

امروزه ما معمولا از ۲۰۴۸ یا ۴۰۹۶ بیت استفاده می‌کنیم.

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

همانطور که می‌بینید، کد ساز‌ها و کد شکن‌ها در یک جنگ مداوم مشغولند

to outwit each other.

تا همدیگر را فریب دهند.

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

و وقتی که رایانه‌های کوانتومی در ۱۰ تا ۱۵ سال آینده وارد شوند،

they will even more rapidly crack the complex mathematics

آنها ریاضیات پبشرفته را حتی سریعتر خواهند شکست

that underlies many of our encryption systems today.

که زیرساخت بسیاری از سیستم‌های رمزنگاری امروز ماست.

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

در حقیقت، رایانه کوانتومی ممکن است قلعه امنیتی موجود ما را

into a mere house of cards.

تبدیل به خانه‌ای پوشالی کند.

We have to find a way to defend our castle.

ما باید راهی برای دفاع از قلعه‌مان پیدا کنیم.

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

در سالهای اخیر بخش رو به رشدی از تحقیقات

looking at using quantum effects to make encryption stronger.

بدنبال استفاده از اثرات کوانتومی‌ در تقویت رمزنگاری است

And there have been some exciting breakthroughs.

و پیشرفت‌های هیجان انگیزی بوجود آمده.

Remember those three things important for encryption --

سه موضوع مهم در رمزنگاری را بیاد بیاورید --

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

کلید‌های با کیفیت بالا، جابجایی امن کلید و الگوریتم‌های قدرتمند؟

Well, advances in science and engineering

خوب، پیشرفت‌های علوم و مهندسی

are putting two of those three elements at risk.

دو تا از سه جزء آنها را در خطر قرار داده.

First of all, those keys.

اول از همه، این کلید‌ها.

Random numbers are the foundational building blocks of encryption keys.

اعداد تصادفی زیرساخت کلید‌های رمزنگاری هستند.

But today, they're not truly random.

اما امروزه، آنها واقعا تصادفی نیستند.

Currently, we construct encryption keys

هم اکنون، ما کلید‌های رمز را

from sequences of random numbers generated from software,

با استفاده از دنباله‌های اعداد تصادفی که نرم افزار تولید می‌کند می‌سازیم.

so-called pseudo-random numbers.

که به آنها اعداد شبه-تصادفی می‌گویند.

Numbers generated by a program or a mathematical recipe

اعدادی که توسط یک برنامه یا یک دستور ریاضی تولید می‌شوند

will have some, perhaps subtle, pattern to them.

دارای، بعضی الگوهای نامحسوس در خود هستند.

The less random the numbers are,

هرچقد کمتر تصادفی باشند.

or in scientific terms, the less entropy they contain,

یا به زبان علمی، هر قدر آنتروپی کمتری داشته باشند،

the easier they are to predict.

پیش‌بینی آنها آسانتر است.

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

اخیرا، چندین کازینو قربانی حملات خلاقانه‌ای بوده‌اند.

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

خروجی ماشین‌های سکه‌ای برای مدتی‌ ضبط می‌شد

and then analyzed.

و سپس تحلیل می‌شدند.

This allowed the cyber criminals

این اجازه می‌داد تا مجرمان سایبری

to reverse engineer the pseudo-random number generator

مولد اعداد شبه تصادفی را مهندسی معکوس کنند

behind the spinning wheels.

که پشت چرخ‌های گردان است.

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

و اجازه دهد تا، با دقتی بالا، گردش چرخ‌ها را پیش بینی کنند،

enabling them to make big financial gains.

که به آنها منافع مالی زیادی می‌رساند.

Similar risks apply to encryption keys.

همین خطر‌ها برای کلید‌های رمز‌نگاری هم وجود دارد.

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

پس داشتن یک مولد واقعی اعداد تصادفی برای رمز‌نگاری امن حیاتی است.

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

برای سالها، محققین بدنبال ساختن مولد‌های واقعی اعداد تصادفی بوده‌اند.

But most designs to date are either not random enough,

اما بیشتر طراحی‌ها تا امروز یا به اندازه کافی تصادفی نبوده‌اند،

fast enough or aren't easily repeatable.

یا سریع یا تکرار شدنی نبوده‌اند.

But the quantum world is truly random.

اما جهان کوانتوم واقعا تصادفی است.

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

پس به نظر درست می‌رسد تا از این تصادفی بودن ذاتی استفاده کنیم.

Devices that can measure quantum effects

ابزار‌هایی که می‌توانند اثرات کوانتومی را اندازه بگیرند

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

می‌توانند جریان بی‌پایانی از اعداد تصادفی با سرعت بالا تولید کنند.

Foiling all those would-be casino criminals.

که مانع تمامی آن مجرمان کازینو‌ها می‌شود.

A select group of universities and companies around the world

مجموعه منتخبی از دانشگاه‌ها و شرکت‌ها در اطراف جهان

are focused on building true random number generators.

بر ساختن مولد‌های اعداد تصادفی واقعی متمرکزند.

At my company, our quantum random number generator

در شرکت من، مولد‌های اعداد تصادفی کوانتومی

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

روی یک میز دو متر در یک متر نوری جان گرفت.

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

بعدا توانستیم آن را تا اندازه یک جعبه سرور کوچک کنیم.

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

امروز، به اندازه یک کارت پی سی آی داخل رایانه کوچک شده است.

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

این سریعترین مولد واقعی اعداد تصادفی در جهان است.

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

با کمک اندازه گیری تاثیرات کوانتومی یک میلیارد عدد تصادفی را در ثانیه تولید کند.

And it's in use today to improve security

و امروزه برای بهبود امنیت

at cloud providers, banks and government agencies

در سرویس دهنده‌های ابری، بانک‌ها و سازمان‌های دولتی

around the world.

در سراسر جهان استفاده می‌شود.

(Applause)

(تشویق)

But even with a true random number generator,

اما حتی با یک مولد واقعی اعداد تصادفی،

we've still got the second big cyber threat:

ما هنوز دومین تهدید امنیت سایبری را داریم:

the problem of secure key exchange.

مشکل نقل و انتقال امن کلید.

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

شیوه‌های موجود انتقال کلید نمی‌تواند در برابر رایانه کوانتومی مقاومت کند.

The quantum solution to this problem

راه حل کوانتومی این مسئله

is called quantum key distribution or QKD,

توزیع کوانتومی کلید یا QKD نام دارد،

which leverages a fundamental, counterintuitive characteristic

که از یک ویژگی غیر عادی بنیادی

of quantum mechanics.

در کوانتوم مکانیک استفاده می‌کند.

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

خود عمل نگاه کردن به ذرات کوانتومی آنها را تغییر می‌دهد.

Let me give you an example of how this works.

بگذارید مثالی از اینکه چطور عمل می‌کند بیاورم.

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

فرض کنید که بخواهید کد قفل را دوباره به جیمز باند انتقال دهید.

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

بجز اینکه اینبار، بجای زنگ زدن برای دادن کد به جیمز،

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

ما از ویژگی‌های کوانتومی یک لیزر برای انتقال کد استفاده می‌کنیم

and send it over standard optic fiber to James.

و آن را از طریق یک فیبر نوری استاندارد برای جیمز می فرستیم.

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

فرض می‌کنیم «دکتر نو» بخواهد این انتقال را هک کند.

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

خوشبختانه، تلاش دکتر نو برای دزدیدن کلید‌های کوانتومی در حین انتقال

will leave fingerprints that James and you can detect.

آثاری باقی می‌گذارد که تو و جیمز می‌توانید آن را آشکار کنید.

This allows those intercepted keys to be discarded.

این اجازه می‌دهد تا کلید‌های لو رفته دور انداخته شوند.

The keys which are then retained

کلید‌هایی که حفظ شده‌اند

can be used to provide very strong data protection.

می‌توانند برای حفاظت قوی اطلاعات استفاده شوند.

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

و چون امنیت بر پایه اصول بنیادین فیزیک است،

a quantum computer, or indeed any future supercomputer

یک رایانه کوانتومی یا در واقع هیچ ابر رایانه‌ای در آینده

will not be able to break it.

نمی‌تواند آن را بشکند.

My team and I are collaborating with leading universities

من و گروهم با دانشگاه‌های پیشرو

and the defense sector

و بخش دفاعی همکاری می‌کنیم

to mature this exciting technology

تا این فناوری را کامل کنیم

into the next generation of security products.

برای نسل آتی محصولات امنیتی.

The internet of things is heralding a hyperconnected era

اینترنت اشیاء نوید دورانی از فرا ارتباطات را می‌دهد

with 25 to 30 billion connected devices forecast by 2020.

که ۲۵ تا ۳۰ میلیارد وسیله تا سال ۲۰۲۰ متصل شده‌اند.

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

برای عملکرد صحیح اجتماع ما در جهان اینترنت اشیاء،

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

اعتماد به سیستم‌هایی که این دستگاه‌ها را مرتبط می‌کنند حیاتی است.

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

ما معتقدیم که نقش فناوری‌های کوانتوم در ایجاد این اعتماد اساسی است،

enabling us to fully benefit from the amazing innovations

و ما را قادر به بهره برداری کامل از این نوآوری‌ها می‌کند

that are going to so enrich our lives.

که می‌تواند زندگی‌مان را پربارتر کند.

Thank you.

متشکرم.

(Applause)

(تشویق)