أصبحت الحوسبة الكمّية تهديدًا أكثر إلحاحًا لأمن الإنترنت. ويتوقع البعض ظهور حواسيب كمّية كبيرة في وقت مبكر قد يصل إلى 2030، ما يعرّض التشفير الذي تستند إليه الخدمات المصرفية العالمية والمراسلة والأمن السيبراني للخطر. تستخدم التوقيعات الرقمية خوارزميات رياضية لتأكيد مصدر دفعة مالية أو رسالة أو تحديث برمجي.

ومن دون هذه الضمانات، ستتوقف الأنظمة التي تدعم الاتصال والتمويل العالميين عن العمل. ورغم أن هذا التهديد لم يدخل الوعي العام السائد إلا مؤخرًا، فإن قطاع التكنولوجيا استعد له منذ فترة أطول بكثير.

أمضى المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا في الولايات المتحدة (NIST) ما يقرب من عقد في تنظيم مسابقات مفتوحة لتطوير بدائل ما بعد الكم للمعايير التشفيرية الحالية. ولا تزال إحدى هذه المسابقات جارية. ففي مايو من هذا العام، انتقلت قائمة مختصرة تضم تسع خوارزميات للتوقيعات الرقمية إلى جولة ثالثة من المراجعة، وقدمت تغييراتها التصميمية النهائية في 14 أغسطس.

تمكن Claude Mythos من اختراق HAWK، أحد أبرز مرشحي ما بعد الكم

وتجلت الطبيعة الحاسمة لهذا العمل بوضوح أكبر في 28 يوليو، عندما نشرت Anthropic ورقتين بحثيتين تزعم فيهما أن Claude Mythos Preview، وهو نموذج غير متاح للعامة للباحثين الأمنيين عبر مشروع Glasswing، حدد أساليب هجوم جديدة في إحدى الخوارزميات التشفيرية المقدمة إلى المسابقة.

قدمت الشركة ذلك باعتباره ارتقاءً في قدرات الأمن السيبراني لنموذجها الرائد، الذي لم يكن قادرًا حتى الآن إلا على تحديد الأخطاء التي يرتكبها المبرمجون عند تنفيذ الخوارزميات في شيفراتهم. ويختلف هذا عن إعلانها الأحدث، الذي تزعم فيه أن Claude "قادر على اكتشاف عيوب رياضية في الخوارزميات نفسها".

كان HAWK أحد النماذج المتأثرة. ومخطط التوقيع التجريبي هذا هو الوحيد من بين مرشحي NIST المتبقين المبني على الشبكات، وهي فرع من الهندسة يتعامل مع شبكات من النقاط في مئات الأبعاد. وهذا يجعله من أكثر النماذج كفاءة في استخدام الذاكرة، إذ لا يتجاوز حجم التوقيعات 555 بايتًا عند استخدام أدنى إعدادات الأمان.

لكن وفقًا لـ بحث أكاديمي نُشر العام الماضي، فإن مثل هذا المخطط عرضة لثغرات تستند إلى تماثلات مخفية في شبكته، ما يقلص مشكلة استعادة المفتاح إلى النصف تقريبًا. وكان هذا القلق افتراضيًا بحتًا، إلى أن اكتشف Claude Mythos Preview تماثلًا من هذا النوع في HAWK-256.

ينشر مطورو هذا الإعداد من معيار HAWK التشفيري لأغراض اختباره علنًا تحت الضغط. وبتمكين نموذجها من تحديد هذه الثغرة، خفضت Anthropic عدد العمليات اللازمة لسرقة مفتاح سري من 18 كوينتيليونًا إلى 275 مليارًا.

كانت تكلفة اختراق المفتاح السري لـ HAWK-256 للمرة الأولى كبيرة. فقد تكبدت تجربة Anthropic تكلفة حوسبة تقارب 100,000 دولار واستغرقت نحو 60 ساعة. لكن بعد تحديد قابلية تطبيق الطريقة، ستستغرق عمليات الاستعادة اللاحقة أقل من أربع ساعات على خادم مزود بـ 96 نواة.

تم سحب HAWK، لكن AES لا يزال بمنأى عن الخطر

من المهم التأكيد مجددًا على أن HAWK-256 يمثل إعدادًا أضعف عمدًا من الإعدادات المقدمة إلى NIST. كما ينخفض تقدير تكلفة الهجوم على HAWK-512 وHAWK-1024، لكن هامش الأمان المتبقي لهما لا يزال يضعهما أعلى بكثير من القدرات الحالية لأي مهاجم. ومع ذلك، فإن إعادتهما إلى هامش الأمان الأصلي ستعني مضاعفة حجم المفاتيح، وبالتالي التضحية بميزتهما المتمثلة في صغر الحجم.

ونتيجة لذلك، سحب المطورون المسؤولون عن HAWK الخوارزمية من المنافسة. وصرحت Sophie Schmieg، وهي باحثة في الحوسبة ما بعد الكم لدى Google، لاحقًا قائلة: "بشكل أساسي، مات HAWK مع هذه الورقة البحثية".

وبالتزامن مع إعلانها بشأن HAWK، كشفت Anthropic أنها حددت ثغرات في معيار تشفيري ثانٍ هو AES، وهي الشيفرة المستخدمة حاليًا لحماية معظم حركة البيانات المشفرة. وتزعم Anthropic أنها سرعت أفضل هجوم سابق بمقدار يتراوح بين 200 و800 مرة، لكن مع وجود عدة عوامل مخففة.

أول هذه العوامل أن هجومها استهدف نسخة بحثية مبسطة من سبع جولات بدلًا من الشيفرة الكاملة المؤلفة من عشر جولات. كما افترض الهجوم أن المهاجم يستطيع الحصول على نحو 400 أوكتليون رسالة مختارة بعناية ومشفرة باستخدام المفتاح نفسه. وبسبب استحالة تنفيذ ذلك على ما يبدو، لم تنفذ Anthropic الهجوم كاملًا، بل تحققت حسابيًا من أجزاء منه فقط واستنتجت النتيجة النهائية بالاستقراء.

ونتيجة لذلك، فإن هذا الاكتشاف الثاني أقل أهمية بكثير من الأول، الذي أدى إلى إخراج مرشح واعد لتوقيع ما بعد الكم من الخدمة.