چند میلیون سال طول می‌کشد سریع‌ترین ابررایانه‌ها الگوریتم AES را رمزگشایی کنند

به گزارش خبرگزاری آنا، رمزنگاری کامپیوتری در دنیای امروز که اکثر ارتباطات قالب مجازی به خود گرفته بسیار مهم است چرا که از اطلاعات حساس در مقابل دسترسی‌های غیرمجاز محافظت می‌کند. این امر به شرکت‌ها و افراد کمک می‌کند تا داده‌های محرمانه خود را امن نگه دارند. 

در دنیای تجارت الکترونیک و بانکداری آنلاین رمزنگاری کامپیوتری حیاتی است. به طور کلی رمزگذاری اطلاعات تضمین می‌کند که فقط فرستنده و گیرنده اصلی به محتوای پیام‌ها دسترسی داشته باشند. با افزایش حملات سایبری و تهدیدات امنیتی، رمزنگاری کامپیوتری به عنوان یک لایه‌ی امنیتی برای مقابله با سرقت داده‌ها و نفوذهای غیرمجاز ضروری است.

الگوریتمی ساده اما اثرگذار

الگوریتم رمزنگاری AES با کلید 256 بیتی یکی از قوی‌ترین و مطمئن‌ترین الگوریتم‌های رمزنگاری موجود در دنیای امروز است. AES مخفف عبارت Advanced Encryption Standard به معنای استاندارد رمزنگاری پیشرفته و برای حفاظت از داده‌ها در برابر دسترسی غیرمجاز طراحی شده است.

AES  در سال 2001 به عنوان استاندارد رمزنگاری پیشرفته مورد تأیید قرار گرفت. این الگوریتم برای مقاومت در برابر انواع حملات و حفظ امنیت داده‌ها با استفاده از کلید متفاوت (128، 192 و 256 بیتی) ساخته شده است و امروزه به طور گسترده ای ارتباطات اینترنتی و فرایند ذخیره‌سازی داده‌ها استفاده می‌شود

{$sepehr_key_3153}.

فرآیند رمزنگاری AES بر اساس ساختمان داده‌ای به نام شبکه جانشینی جایگشت (SPN) کار می‌کند. این ساختار شامل چهار مرحله پایه‌ای است. در مرحله نخست، داده‌ها به بلوک‌های 128 بیتی تقسیم می‌شوند و به یک شبکه متشکل از 4 ردیف و 4 ستون تبدیل می‌شوند. سپس با استفاده از توابع ریاضی و عملیات بیت به بیت، بلاک‌های رمزنگاری شده تولید می‌شود. این مراحل به صورت تکراری انجام شده و در هر تکرار (یا دور) عملیات‌های بیشتری بر روی داده‌ها اعمال می‌شود.

AES پیاده‌سازی ساده ای دارد اما از امنیت بالایی برخوردار است و به همین سبب یکی از محبوب‌ترین الگوریتم‌های رمزنگاری جهان است. به‌علاوه این الگوریتم کارایی مناسبی دارد و می‌تواند به سرعت در سخت‌افزارها و نرم‌افزارهای مختلف پیاده‌سازی شود. 

اگر یک ابررایانه بتواند یک میلیارد عملیات رمزگشایی را در هر ثانیه انجام دهد، زمان مورد نیاز برای بررسی تمامی کلیدها به طور متوسط چند میلیون‌ سال طول می‌کشد.

حقیقت شگفت‌انگیز در رابطه این سیستم رمزنگاری

رمزنگاریAES  با کلید 256 بیتی یکی از قوی‌ترین الگوریتم‌های رمزنگاری در دنیا است. هرچند برخی محققان تلاش برای شکستن این رمزنگاری داشته اند، اما در عمل و با استفاده از ابررایانه‌های فعلی، شکستن AES-256 کمابیش غیرممکن و یا بسیار بسیار زمان‌بر است.

تحقیقات در حوزه امنیت سایبری و رمزنگاری معمولاً در دانشگاه‌ها، مؤسسات تحقیقاتی و سازمان‌های دولتی انجام می‌شود. برخی از مطالعات و ارزیابی‌ها که به این اطلاعات پرداخته‌اند، در کنفرانس‌های امنیتی و مقالات علمی منتشر شده‌اند. جالب است بدانید در حال حاضر، هیچ روش عملی برای شکستن AES-256 وجود ندارد (که در زمان منطقی این کار صورت گیرد) و ارزیابی‌ها نیز این مسئله را تأیید می‌کند. دلیل اصلی این‌که حتی سریع‌ترین ابررایانه‌های کنونی نیز نمی‌توانند این الگوریتم را در زمانی معقول بشکنند، به تعداد احتمالات و پیچیدگی محاسباتی آن بازمی‌گردد.

سرعت ابررایانه‌ها و محدودیت‌ها

در رمزنگاری AES با کلید 256 بیتی، تعداد کلیدهای ممکن به صورت عددی برابر با 115 کوادریلیون کوادریلیون (quintillion quintillion) کلید است، که عملاً حتی شمردن آن هم دشوار و غیرممکن است. در یک حمله جستجوی فراگیر(brute-force attack) مهاجم باید تمام کلیدهای ممکن را امتحان کند تا به کلید صحیح دست پیدا کند. حتی اگر یک ابررایانه بتواند تعداد بسیار زیادی عملیات رمزگشایی را در هر ثانیه انجام دهد، تعداد کلیدهای ممکن آن‌قدر زیاد است که این کار میلیون‌ها سال به طول خواهد انجامید!

ابررایانه‌های سریعی مانند Fugaku و Frontier قادر به انجام چندین کوادریلیون عملیات در ثانیه هستند. با این حال حتی این سرعت عظیم در برابر تعداد کلیدهای ممکن برای رمزگشایی AES با کلید 256 بیتی، کافی نیست. به بیان ساده‌تر، اگر یک ابررایانه بتواند یک میلیارد عملیات رمزگشایی را در هر ثانیه انجام دهد، زمان مورد نیاز برای بررسی تمامی کلیدها به طور متوسط چند میلیون‌ سال طول می‌کشد.

 مقاومت AES 256 بیتی در برابر حملات جستجوی فراگیر تنها به دلیل تعداد بسیار زیاد کلیدهای ممکن نیست، بلکه طراحی الگوریتم نیز نقش مهمی در امنیت آن ایفا می‌کند. این الگوریتم از تکنیک‌های پیچیده‌ای مانندpermutations  و substitutions  استفاده می‌کند که باعث افزایش پیچیدگی رمزگشایی می‌شود. به همین دلیل، رمزنگاری AES 256 بیتی به‌عنوان استانداردی برای محافظت از داده‌های حساس در بخش‌های مختلف مانند بانکداری، نظامی و تجارت الکترونیک به کار می‌رود.

 با وجود نگرانی‌ها درباره محاسبات کوانتومی که ممکن است برخی الگوریتم‌های رمزنگاری را تضعیف کند، AES 256  بیتی همچنان در برابر چنین حملاتی مقاوم است. الگوریتم کوانتومی معروف به الگوریتم گراور (Grover)  می‌تواند زمان جستجوی فراگیر را به نصف کاهش دهد، اما حتی با این مزیت، شکستن AES 256 بیتی همچنان بسیار دشوار خواهد بود و به توان محاسباتی فراتر از ابررایانه‌های امروزی نیاز دارد.

بنابراین، رمزنگاری AES با کلید 256 بیتی به دلیل تعداد بسیار زیاد احتمالات کلید، پیچیدگی الگوریتم و توان محاسباتی محدود حتی برای ابررایانه‌های پیشرفته، یکی از ایمن‌ترین روش‌های رمزنگاری در دنیای کنونی است.