مهاجمان منتظر Q-Day نمی‌مانند؛ HNDL چگونه داده‌های امروز را هدف می‌گیرد؟

ممکن است داده‌ای امروز با یکی از الگوریتم‌های قدرتمند رمزنگاری محافظت شود و مهاجم در حال حاضر توانایی خواندن آن را نداشته باشد؛ اما این به معنای بی‌ارزش بودن داده برای مهاجم نیست. اگر اطلاعاتی قرار باشد برای سال‌ها یا حتی دهه‌ها محرمانه باقی بماند، مهاجم می‌تواند نسخه رمزگذاری‌شده آن را امروز جمع‌آوری و ذخیره کند و منتظر بماند تا فناوری لازم برای رمزگشایی آن در آینده در دسترس قرار گیرد.

این سناریو با عنوان «Harvest Now, Decrypt Later» یا «HNDL» شناخته می‌شود؛ رویکردی که در آن مهاجم داده‌های رمزگذاری‌شده را در زمان حال جمع‌آوری می‌کند تا در آینده، با در اختیار داشتن فناوری مناسب، سراغ رمزگشایی آن‌ها برود. مؤسسه ملی استاندارد و فناوری آمریکا (NIST) نیز HNDL را یکی از دلایل اصلی آغاز مهاجرت به رمزنگاری پساکوانتومی، پیش از ظهور رایانه‌های کوانتومی قدرتمند، می‌داند.

HNDL چگونه کار می‌کند؟

منطق HNDL در ظاهر ساده است. یک مهاجم، به جای اینکه منتظر بماند تا رمز یک ارتباط یا فایل را در همان لحظه بشکند، نسخه رمزگذاری‌شده داده را جمع‌آوری می‌کند و برای استفاده احتمالی در آینده نگه می‌دارد.

در این سناریو، ابتدا داده حساس رمزنگاری و از طریق شبکه منتقل می‌شود. مهاجم در مرحله بعد، نسخه رمزگذاری‌شده داده حساس را با نفوذ به شبکه یا رهگیری ارتباطات به دست می‌آورد و فایل‌ها را برای استفاده در آینده ذخیره می‌کند. باوجوداینکه مهاجم در آن زمان توانایی رمزگشایی داده را ندارد، منتظر می‌ماند تا فناوری مورد نیاز برای شکستن رمز در دسترس قرار بگیرد. در نهایت، وقتی فناوری لازم فراهم شد، داده‌های ذخیره‌شده را رمزگشایی کرده و از محتوای آن سوءاستفاده می‌کند.

به عبارت دیگر، موفقیت مهاجم در مرحله نخست به معنای دسترسی فوری به محتوای اطلاعات نیست. ارزش این حمله می‌تواند به این موضوع وابسته باشد که داده موردنظر در آینده نیز همچنان ارزشمند و محرمانه باقی بماند.

NIST هشدار می‌دهد که برخی اسرار برای سال‌های طولانی ارزش خود را حفظ می‌کنند و مهاجم می‌تواند حتی در شرایطی که امروز قادر به شکستن رمز نیست، داده رمزگذاری‌شده را جمع‌آوری و نگهداری کند تا در آینده سراغ آن برود.

چرا داده‌های امروز می‌توانند هدف حمله‌های فردا باشند؟

مشکل HNDL زمانی جدی‌تر می‌شود که «عمر محرمانگی» یک داده از عمر فناوری رمزنگاری مورد استفاده برای محافظت از آن بیشتر باشد. برای مثال، ممکن است اطلاعاتی امروز رمزگذاری شود، اما سازمان انتظار داشته باشد محتوای آن تا ۱۵ یا ۲۰ سال آینده محرمانه باقی بماند. اگر در این فاصله فناوری لازم برای شکستن الگوریتم مورد استفاده توسعه پیدا کند، مهاجمی که نسخه رمزگذاری‌شده اطلاعات را از قبل در اختیار دارد، می‌تواند به سراغ آن برود.

بنابراین، مسئله فقط این نیست که «آیا امروز می‌توان رمز یک داده را شکست؟» در واقع، باید پرسید: «این داده قرار است تا چه زمانی محرمانه باقی بماند؟»

NIST تأکید می‌کند که مهاجرت به استانداردهای جدید رمزنگاری ممکن است ۱۰ تا ۲۰ سال زمان ببرد؛ همین فاصله زمانی یکی از دلایل اهمیت برنامه‌ریزی برای تهدید کوانتومی، پیش از رسیدن رایانه‌های کوانتومی مرتبط با رمزنگاری، است.

پای کوانتوم به ماجرا باز می‌شود

دلیل اصلی مطرح شدن HNDL در سال‌های اخیر، پیشرفت رایانش کوانتومی است. بخش قابل‌توجهی از زیرساخت‌های امنیتی فعلی به مسائل ریاضی متکی است؛ مسائلی که حل آن‌ها برای رایانه‌های معمولی بسیار دشوار است. در رمزنگاری کلید عمومی، الگوریتم‌هایی مانند RSA بر دشواری تجزیه اعداد بزرگ به عوامل اول و برخی سازوکارهای دیگر متکی هستند.

یک رایانه کوانتومی به‌اندازه کافی قدرتمند می‌تواند با استفاده از الگوریتم‌هایی مانند الگوریتم شور (نوعی الگوریتم کوانتومی)، تهدید متفاوتی برای برخی از این سازوکارهای رمزنگاری ایجاد کند. در توضیحات NIST عنوان شده است که رایانه کوانتومی، در صورت رسیدن به سطح موردنیاز، می‌تواند برخی از مسائل ریاضی مورد استفاده در رمزنگاری امروزی را بسیار سریع‌تر از رایانه‌های کلاسیک حل کند.

بااین‌حال، یک نکته مهم در این میان وجود دارد؛ تاریخ مشخصی برای دستیابی بشر به «Q-Day» پیش‌بینی نشده است. اصطلاح Q-Day معمولاً برای اشاره به زمانی به کار می‌رود که یک رایانه کوانتومی با توانایی عملی برای شکستن سازوکارهای رمزنگاری مورد استفاده در دنیای واقعی در دسترس قرار گیرد. زمان رسیدن به چنین نقطه‌ای هنوز مشخص نیست و پیش‌بینی‌ها درباره آن متفاوت است.

براساس اعلام NIST، کسی نمی‌داند یک رایانه کوانتومی مرتبط با رمزنگاری چه زمانی ساخته خواهد شد.

آیا RSA-2048 و AES هم به یک اندازه در خطرند؟

این یکی از مهم‌ترین نکاتی است که در بحث HNDL باید مورد توجه قرار گیرد. تهدید کوانتومی برای همه الگوریتم‌های رمزنگاری یکسان نیست. الگوریتم‌های کلید عمومی مانند RSA، ECDH و ECDSA در برابر حمله‌های کوانتومی مبتنی بر الگوریتم شور آسیب‌پذیر محسوب می‌شوند. در مقابل، الگوریتم‌های متقارن مانند AES با همین سناریو مواجه نیستند و تهدید علیه آن‌ها بیشتر به الگوریتم‌هایی مانند Grover و هزینه عملی اجرای آن مربوط می‌شود.

NIST در توضیحات خود درباره رمزنگاری پساکوانتومی تأکید کرده است که برای الگوریتم‌های متقارن، وضعیت با رمزنگاری کلید عمومی متفاوت است و نباید تصور کرد رایانش کوانتومی همه الگوریتم‌های فعلی را به یک شکل از بین می‌برد.

بنابراین، عبارت‌هایی مانند «کامپیوتر کوانتومی در چند ثانیه تمام رمزنگاری‌های فعلی را می‌شکند» تصویر دقیقی از تهدید ارائه نمی‌کنند. مسئله اصلی، آسیب‌پذیری برخی سازوکارهای رمزنگاری کلید عمومی و ضرورت مهاجرت تدریجی از آن‌هاست.

چه اطلاعاتی بیشتر در معرض HNDL قرار دارند؟

HNDL برای داده‌هایی اهمیت بیشتری پیدا می‌کند که هم امروز ارزشمند باشند و هم در سال‌های آینده همچنان محرمانه باقی بمانند. اطلاعات نظامی و دفاعی، طراحی زیرساخت‌های حیاتی، داده‌های پژوهشی و صنعتی، مالکیت فکری، اطلاعات ژنتیکی و پزشکی، ارتباطات محرمانه و برخی داده‌های مالی و هویتی می‌توانند از جمله اطلاعاتی باشند که عمر محرمانگی طولانی دارند.

برای چنین اطلاعاتی، حتی اگر مهاجم امروز نتواند رمز را بشکند، ذخیره کردن نسخه رمزگذاری‌شده می‌تواند از نظر راهبردی برای او ارزش داشته باشد. NSA، CISA و NIST در راهنمای مشترک خود درباره آمادگی برای رمزنگاری پساکوانتومی، بر حفاظت از اطلاعات حساسی تأکید کرده‌اند که نیازمند محرمانگی بلندمدت هستند.

تهدید HNDL از چه زمانی شروع می‌شود؟

در نگاه اول، شاید فکر کنید پاسخ این پرسش Q-Day است؛ اما در واقع این‌گونه نیست. اگر یک مهاجم امروز بتواند نسخه رمزگذاری‌شده اطلاعات را به دست آورد، مرحله نخست حمله HNDL همین امروز اتفاق افتاده است؛ حتی اگر مهاجم برای رمزگشایی آن مجبور باشد سال‌ها منتظر بماند.

NIST با توجه به این موضوع هشدار داده است که سازمان‌ها پیش از ساخته شدن یک رایانه کوانتومی مرتبط با رمزنگاری، فرآیند مهاجرت به الگوریتم‌های مقاوم در برابر کوانتوم را آغاز کنند. این رویکرد باعث می‌شود تهدید کوانتومی صرفاً به مسئله‌ای مربوط به آینده محدود نشود و به‌عنوان یک چالش فعلی و مهم در مدیریت امنیت اطلاعات مورد توجه قرار گیرد.

رمزنگاری پساکوانتومی چیست و چه راهکاری ارائه می‌دهد؟

در پاسخ به تهدید HNDL، رمزنگاری پساکوانتومی یا Post-Quantum Cryptography که با عنوان PQC نیز شناخته می‌شود، توسعه یافته است. رمزنگاری پساکوانتومی به مجموعه‌ای از الگوریتم‌ها گفته می‌شود که هدف آن‌ها ایجاد سازوکارهای رمزنگاری مقاوم در برابر حمله‌های رایانه‌های کوانتومی و در عین حال قابل استفاده روی زیرساخت‌های معمولی است.

NIST در سال ۲۰۲۴ سه استاندارد اصلی رمزنگاری پساکوانتومی را نهایی کرد:

· FIPS 203 یا ML-KEM برای سازوکار تبادل/توافق کلید

· FIPS 204 یا ML-DSA برای امضای دیجیتال

· FIPS 205 یا SLH-DSA برای امضای دیجیتال مبتنی بر هش

ML-KEM و ML-DSA بر مبنای ساختارهای ریاضی مبتنی بر شبکه‌ها یا Lattice طراحی شده‌اند، در حالی که SLH-DSA بر ساختارهای مبتنی بر توابع هش تکیه دارد.

نکته مهم این است که PQC به معنای استفاده از یک «رایانه کوانتومی» نیست؛ برعکس، این الگوریتم‌ها برای استفاده در سیستم‌های محاسباتی موجود طراحی شده‌اند تا در برابر تهدید یک رایانه کوانتومی آینده مقاوم باشند.

مهاجرت به PQC فقط تعویض یک الگوریتم نیست

یکی از چالش‌های اصلی برای سازمان‌ها این است که رمزنگاری در یک نقطه از زیرساخت قرار ندارد. ممکن است یک سازمان در سامانه‌های مختلف، تجهیزات شبکه، نرم‌افزارها، گواهی‌های دیجیتال، ارتباطات داخلی، سرویس‌های ابری و محصولات شرکت‌های ثالث از الگوریتم‌های متفاوت استفاده کند. به همین خاطر، نخستین قدم در مسیر مهاجرت، شناسایی این وابستگی‌هاست.

NSA، CISA و NIST در توصیه‌های مشترک خود پیشنهاد کرده‌اند سازمان‌ها یک نقشه راه برای آمادگی کوانتومی ایجاد کنند، دارایی‌ها و سامانه‌های رمزنگاری را شناسایی کنند، با تأمین‌کنندگان فناوری درباره برنامه آن‌ها برای PQC گفت‌وگو کنند و مهاجرت را بر اساس حساسیت و اهمیت دارایی‌ها اولویت‌بندی کنند.

Crypto-Agility؛ زیرساختی که بتواند رمزنگاری خود را تغییر دهد

در کنار PQC، مفهوم دیگری نیز اهمیت پیدا می‌کند که Crypto-Agility یا چابکی رمزنگاری نام دارد. این اصطلاح به توانایی سازمان برای تغییر الگوریتم‌های رمزنگاری مورد استفاده در نرم‌افزار، سخت‌افزار، میان‌افزار، پروتکل‌ها و زیرساخت‌ها، بدون ایجاد اختلال گسترده در عملیات، اشاره دارد.

NIST در سند منتشرشده در سال ۲۰۲۵ درباره Crypto-Agility تأکید می‌کند که مهاجرت به رمزنگاری پساکوانتومی یک تغییر گسترده است و سازمان‌ها باید بتوانند الگوریتم‌های رمزنگاری را در سیستم‌های خود جایگزین یا به‌روزرسانی کنند، در حالی که امنیت و تداوم فعالیت حفظ شود.

سند NIST درباره Crypto-Agility

مهاجرت به PQC به احتمال زیاد آخرین تغییر بزرگ در دنیای رمزنگاری نخواهد بود. سازمانی که زیرساخت خود را برای تغییرپذیری طراحی کند، در برابر تغییرات آینده نیز انعطاف بیشتری خواهد داشت. برای مقابله با HNDL، منتظر ماندن تا زمان ساخت و بهره‌برداری از یک رایانه کوانتومی قدرتمند، برای داده‌هایی با محرمانگی بلندمدت راهبرد مناسبی نیست.

اولین قدم، تهیه فهرستی از دارایی‌ها و داده‌هایی است که با الگوریتم‌های رمزنگاری کلید عمومی محافظت می‌شوند. پس از آن باید مشخص شود هر داده تا چه زمانی به محرمانگی نیاز دارد و کدام سامانه‌ها در صورت شکست رمزنگاری فعلی، بیشترین ریسک را ایجاد می‌کنند.

سازمان همچنین باید وابستگی خود به RSA، ECC و سایر الگوریتم‌های کلید عمومی را شناسایی کند، وضعیت محصولات و تأمین‌کنندگان خود را بررسی کند و برای مهاجرت تدریجی به استانداردهای PQC برنامه داشته باشد.

براساس آخرین اعلام NIST، سازمان‌ها باید مهاجرت به استانداردهای پساکوانتومی را آغاز کنند و در برنامه انتقال خود، الگوریتم‌های آسیب‌پذیر در برابر کوانتوم را شناسایی و جایگزین کنند. در چارچوب فعلی NIST، هدف‌گذاری شده است که الگوریتم‌های آسیب‌پذیر در برابر کوانتوم تا سال ۲۰۳۵ از استانداردهای این نهاد کنار گذاشته شوند و سامانه‌های پرریسک زودتر از آن در مسیر انتقال قرار گیرند.

مسئله HNDL، امروز است نه روز Q-Day

رایانه‌های کوانتومی هنوز به نقطه‌ای نرسیده‌اند که بتوانند تمام زیرساخت رمزنگاری امروز را کنار بزنند و زمان دقیق رسیدن به چنین توانایی‌ای نیز مشخص نیست. بااین‌حال، HNDL یک تهدید وابسته به «امروز» است؛ زیرا مهاجم برای جمع‌آوری داده رمزگذاری‌شده لازم نیست صبر کند تا رایانه کوانتومی ساخته شود.

در حال حاضر، مسئله مهم برای سازمان‌ها نباید زمان فرارسیدن روز Q-Day باشد؛ چالش حیاتی‌تر این است: اگر داده‌ای که امروز در شبکه منتقل می‌شود، فردا رمزگشایی شود، آیا هنوز ارزش محرمانه ماندن دارد یا نه؟