دأب خبراء الأمن السيبراني على
دق ناقوس الخطر لسنوات: المتسللون يراقبون شبكة الطاقة الأمريكية. وهذا التهديد ليس افتراضياً - فقد حصلت مجموعة من الأشخاص الذين يُزعم أنهم على صلة بالحكومة الروسية
على إمكانية الوصول عن بُعد إلى أجهزة الكمبيوتر الخاصة بشركات الطاقة - على الأقل كما ذكرت وزارة الأمن الداخلي في مارس الماضي. في بعض الحالات ، يمكن للمتسللين إرسال أوامر إلى المعدات مباشرةً ، أي إيقاف الكهرباء عن منازل المستهلكين. لحماية أنفسهم من المتسللين ، تحتاج محطات الطاقة إلى أمان أفضل.
تعتقد مجموعة من علماء الفيزياء أنهم عثروا على وسيلة: محطات توليد الطاقة ذات التشفير الكمي.
قاموا باختبار هذه الفكرة في فبراير ، حيث أرسلوا العديد من سيارات الدفع الرباعي المسدودة بالليزر والإلكترونيات وأجهزة الكشف الحساسة للغاية من مختبر أوك ريدج الوطني إلى
تشاتانوغا . بعد القيادة على بعد 150 كم ، توقفوا عند محطة EPB ، وهي شركة محلية توفر الكهرباء ، وربطوا السيارات بأحد الكابلات البصرية غير المستخدمة. لمدة أسبوع ، أشرقوا ضوء الأشعة تحت الحمراء في كابل مغلق في حلقة طولها 40 كم ، ورصدوا خصائص الضوء الذي ينتشر جيئة وذهابا. أثناء العرض التوضيحي ، أظهروا كيف يمكن دمج نظامي تشفير كمي مختلفين في البنية التحتية للشبكة الحالية. يقول الفيزيائي نيك بيترز من مختبر أوك ريدج: "نأمل أن نظهر أن هذا المفهوم يمكن تنفيذه اليوم".
باستخدام هذا الجهاز ، أرسلوا بنجاح وتلقوا مجموعات من الأرقام التي تشكل المفتاح باستخدام بروتوكول توزيع المفتاح الكم ، QKD ، وضمان عدم تزييف أي منهم. يوفر QKD أمن البيانات باستخدام قواعد غريبة من ميكانيكا الكم. يعمل مثل هذا: المرسل يرسل فوتونات الأشعة تحت الحمراء الفردية مع اتجاهات مختلفة - أي الاستقطاب - المقابلة لأصفار أو تلك. المتلقي يقيس هذه التوجهات. ثم يقوم المرسل والمستقبل بمقارنة بعض الأرقام. في ميكانيكا الكم ، عند قياس استقطاب الفوتون ، فإنك تغير حالته على الفور. إذا حاول أحد المتطفلين اعتراض الفوتونات ، فسيقوم بإدخال خطأ إحصائي مميز في الأرقام ، وستكتشف أن الاتصال غير آمن. وقالت دونا دودسون ، خبيرة الأمن السيبراني بالمعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا: "تمنحك QKD الثقة بأن المفتاح لم يتغير منذ إرساله".
إذا كانت الإحصائيات على ما يرام ، يمكن للمرسل والمستقبل استخدام هذه المفاتيح لتشفير الرسالة. يقول بيترز: "كل شيء يعتمد على الثقة في الفيزياء". هذا يختلف تمامًا عن أساليب التشفير التقليدية التي تضمن الأمان ، شريطة ألا تكون أجهزة الكمبيوتر الحديثة سريعة بما يكفي لفك تشفير المفاتيح في فترة زمنية معقولة. تعتقد مجموعة بيترز أن شركة الطاقة يمكنها استخدام البيانات المشفرة الكمومية للتواصل مع المعدات. من أجل اعتراض أو تغيير دفق البيانات باستخدام تشفير الكم ، يجب عليك كسر قوانين ميكانيكا الكم.
هذا النهج ، بطبيعة الحال ، لديه صعوبات تقنية. واحد منهم هو الحالة الحقيقية لشبكات الطاقة. هذه فوضى من المحولات والمرحلات وجميع أنواع الأجزاء التي تم تثبيتها على مدار سنوات عديدة ، وسيكون من الصعب جذب هذه التكنولوجيا الجديدة. وقال توم فينهاوس ، عالم الفيزياء في مختبر لوس ألاموس الوطني ، أحد المشاركين في المشروع: "لا يمكنك إيقاف الكهرباء". "يشبه إصلاح سيارة مع تشغيل المحرك."
ولكن ربما يكون أصعب شيء هو جعل هذه التكنولوجيا تعمل على مسافات طويلة. يمكن إرسال الفوتون عبر كابل الألياف الضوئية لا يزيد طوله عن 150 كم ، ومن ثم ستتغير خصائصه الكمية كثيرًا حتى تتمكن من استخراج المعلومات. في مظاهرة أجريت في تشاتانوغا ، زاد الفيزيائيون هذه المسافة من خلال تحويل الإشارات الكمومية إلى أجزاء عادية. ثم قاموا بتغذية هذه البتات الكلاسيكية في أنظمة تشفير الكم المختلفة ، والقادرة على إعادة إنتاج المفتاح ونقله إلى أبعد من ذلك. هذا يعني أنه يمكن وضع آلات التشفير في محطات فرعية مختلفة للطاقة ، واستخدامها كجهاز إرسال لضمان سلامة أجزاء كبيرة من الشبكة. للتواصل مع معدات المحطات الفرعية ، تحتاج إلى معرفة المفتاح. لن يسمح النظام للمتسللين بقياس أو نسخ المفتاح ، وهذه طريقة واحدة لمنعهم من الوصول إلى المعدات.
لكن في كل مرة تحول فيها البتات الكمومية إلى الكلاسيكية ، تفقد حماية الميكانيكا الكمومية وتفتح الباب أمام المتسللين. وبالطبع ، يمكن لـ QKD منع نوع محدد من الهجمات. يؤكد دودسون أنه لا أحد قام بتزوير المفتاح ، لكنه لم يؤكد مرسله. في عرض تشاتانوغا ، اضطر الباحثون إلى الجمع بين QKD والتقنيات الأخرى لتأكيد هوية المرسل.
كما يخطط ستيف موريسون ، رئيس الأمن السيبراني في الشركة ، لقيام EPB بإجراء فحوصات أخرى للتشفير الكمومي ، بما في ذلك الفحص الذي يرسل مفاتيح الكم عبر أجهزة إرسال لاسلكية بدلاً من الكابل البصري. إذا نجحت الاختبارات ، فستتمكن EPB من التبديل إلى التشفير الكمي للأوامر الخاصة بمعدات محطة توليد الطاقة في غضون خمس سنوات. يقول موريسون: "لن أقول نظامًا واحدًا يستحيل تصدعه ، لأنني دُفعت لأبقى بجنون العظمة". "لكن لدي آمال في هذا النظام." إنها قادرة على التعرف على النوايا الشريرة ، وفي تقنيات أخرى لم أر مثل هذه الفرص. " دعونا نأمل أن يسمح هذا النظام للضوء بالبقاء.