حوسبة متعددة الأطراف آمنة تجريبياً من النقل الخفي الكمي مع التزام البت

الحفاظ على الأسرار أثناء التعاون

تتأسس الحياة الحديثة على تبادل البيانات، ومع ذلك لا تستطيع العديد من المؤسسات ببساطة دمج معلوماتها دون تعريض الخصوصية أو الأمان أو الوضع القانوني للخطر. تُظهر هذه الورقة كيف أن أفكاراً من الفيزياء الكمومية تسمح لمؤسسات مثل البنوك بالتعاون في مهام حساسة — مثل اكتشاف حالات احتيال متداخلة — دون الكشف فعلياً عن سجلات عملائها الأساسية لبعضهم البعض.

لماذا تهم الحوسبة المشتركة الخاصة

تتطلب العديد من المشكلات المهمة أن يقوم عدة أطراف بإجراء حسابات على بياناتهم المجمعة مع الحفاظ على سرية مدخلات كل طرف. تُعرف هذه الفكرة العامة باسم الحوسبة متعددة الأطراف الآمنة، وهي تدعم أدوات تحمِي الخصوصية في مجالات التمويل وتعلم الآلة وحتى علم الجينات. على سبيل المثال، قد ترغب البنوك في مقارنة قوائم الحسابات المشبوهة، أو قد ترغب المستشفيات في تحليل بيانات المرضى بشكل مشترك، وكل ذلك من دون كشف قواعد بياناتها الكاملة. أحد اللبنات الأساسية الرقمية لمثل هذه المهام هو بدائي يسمى «النقل الخفي»، حيث يمتلك المرسل رسالتين ويتعلم المستلم واحدة فقط منهما — بينما لا يعرف المرسل أي رسالة اختيرت.

أمن كلاسيكي في عصر الكم

تعتمد مخططات النقل الخفي التقليدية على مسائل رياضية صعبة لأجهزة الحوسبة الحالية، مثل تفكيك الأعداد الكبيرة. غير أن هذه المشكلات قد تُكسر بواسطة حواسيب كمومية مستقبلية تُشغل خوارزمية شور، مما يهدد الكثير من تشفير اليوم. يوفر التشفير الكمومي بديلاً: بدلاً من الاعتماد فقط على الرياضيات، يستخدم قوانين الفيزياء الكمومية ليحد مما يمكن أن يتعلمه المتنصت. لكن تجارب النقل الخفي الكمومي السابقة كانت آمنة فقط إذا كانت ذاكرة المهاجم الكمومية مضطربة أو محدودة للغاية — افتراض قد لا يصمد مع تحسن الأجهزة الكمومية.

بناء نقل خفي كمومي آمن في المختبر

يُطبّق المؤلفون تجريبياً نوعاً جديداً من النقل الخفي الكمومي يبقى آمناً ضد أي مهاجم محصور حساباته في الزمن الواقعي المعقول (زمن كثير حدود)، حتى لو كان لدى ذلك المهاجم ذاكرة كمومية قوية. تُكيّف إعداداتهم تصميم توزيع مفاتيح كمومية معروف يعتمد على نبضات ليزر شديدة الخفّة وحالات طُعم. يرسل جهاز واحد (أليس) نبضات ضوء بمستوى فوتون-واحد مستقطبة عشوائياً إلى جهاز آخر (بوب) عبر ليف بصري. يقيس بوب كل نبضة بطريقة عشوائية ثم يستخدم تقنية تشفير قياسية تسمى التزام البت ليقفل اختياراته ونتائج قياسه قبل أن يعلم كيف أعدت أليس النبضات. إذا حاول بوب لاحقاً تغيير روايته، سيكشف اختبار مصمم بعناية الغش على الأرجح.

كيف يحافظ النظام على الصدق والعملية

تأخذ التجربة بعين الاعتبار بدقة عيوب الأجهزة الحقيقية، مثل الفوتونات المفقودة والتقلبات العرضية للبتات الناتجة عن الضوضاء. يتضمن البروتوكول اختبارات على معدل الكشف الكلي لالتقاط هجمات متقدمة حيث قد يحاول بوب الاحتفاظ بفوتونات إضافية وقياسها لاحقاً ليتعلم أكثر مما ينبغي — نهج مشابه للهجمات المعروفة على توزيع مفاتيح كمومية. تُستخدم رموز تصحيح الأخطاء وتضخيم الخصوصية بحيث يتعلم بوب رسالة واحدة فقط ولا يكاد يحصل على أي معلومات عن الأخرى، بينما لا تعرف أليس أيهما اختار. كما يقدّر الباحثون مدى صعوبة أن يخدع بوب عديم الأمان النظام بالجمع بين كل الحيل الممكنة. باستخدام معاييرهم، فإن النجاح في الغش مرة واحدة سيتطلب، في المتوسط، نحو 120,000 سنة من المحاولات المتواصلة، مما يجعل الهجمات الواقعية مستحيلة عملياً.

العثور على أهداف احتيال مشتركة دون مشاركة كل شيء

مسلحين بهذا البدائي القوي للنقل الخفي، يبرهن الفريق على تطبيق مالي ملموس: تقاطع المجموعات الخاص. في هذه المهمة، تريد بنكان معرفة معرفات الحسابات التي تظهر في سجلاتهما معاً — على سبيل المثال، قائمة سوداء للحسابات المشبوهة في بنك وقائمة العملاء النشطين في بنك آخر — دون كشف أي حسابات أخرى. من خلال دمج النقل الخفي الكمومي في بروتوكول فعال معروف باسم الدالة الزائفة المجهولة، يبيّنون أن كل بنك يمكنه تحويل بياناته إلى رموز مشفرة، ومقارنة هذه الرموز، واكتشاف الإدخالات المتداخلة فقط. تجربتهم، باستخدام بيانات مصرفية محاكاة وحقيقية، تتعامل مع مجموعات تصل إلى مئة ألف عنصر لكل طرف، مع اتصالات بحجم عشرات الميغابايت وأوقات معالجة تقل عن نصف ثانية على شبكة عالية السرعة قياسية.

ما يعنيه هذا للحوسبة الآمنة في المستقبل

يقدّم هذا العمل أول برهنة لاستخدام النقل الخفي الكمومي لحل مشكلة واقعية في الحوسبة متعددة الأطراف، ناقلاً التشفير الكمومي من تبادل المفاتيح إلى مهام تحليل البيانات العملية. وبما أن الأمان يستند إلى دوال هاش أساسية وفيزياء الفوتونات الفردية — بدلاً من مسائل نظرية الأعداد التي قد تكسرها الحواسيب الكمومية يوماً ما — فإنه يوفر أساساً أكثر ملاءمة للمستقبل للتعاون المحمي بالخصوصية. بمصطلحات يومية، يشير ذلك إلى عالم يمكن للمؤسسات فيه «مقارنة ملاحظاتها» بأمان بشأن معلومات حساسة، مثل أنماط الاحتيال أو السجلات الطبية، مع الحفاظ بثقة على إغلاق كل شيء آخر.

الاستشهاد: Zhang, KY., Huang, AJ., Tu, K. et al. Experimental secure multiparty computation from quantum oblivious transfer with bit commitment. npj Quantum Inf 12, 76 (2026). https://doi.org/10.1038/s41534-026-01219-w

الكلمات المفتاحية: التشفير الكمومي, الحوسبة متعددة الأطراف الآمنة, النقل الخفي, تقاطع المجموعات الخاص, خصوصية البيانات المالية