תחום המחשוב הקוונטי מתקדם במהירות והופך בעיות שבעבר לא היו פתירות לחישוביות למעשיות. לצד ההזדמנויות נוצרים גם איומי אבטחה חדשים. אחד האיומים הוא מתקפות ערוץ-צד, המנצלות דליפת מידע פיזית בזמן החישוב במקום לפרוץ ישירות את האלגוריתם הקריפטוגרפי.
מאמר זה מעמיק באזור מחקר פורץ דרך: מתקפות ערוץ-צד של צריכת הספק במחשב קוונטי—בהסתמך על נתוני פולסים אמתיים הזמינים דרך פלטפורמות ענן קוונטיות (arXiv:2304.03315). נפרט כיצד המתקפות פועלות, נציג חמש מתקפות חדשות שהתגלו ב-2023, נבחן את ההשלכות ונסקור אמצעי מיתון—מהגנות פיזיות ועד אסטרטגיות ברמת הפרוטוקול. הדיון נע ממושגים בסיסיים לטכניקות מעשיות מתקדמות, כולל מקרי שימוש וקוד לדוגמה לסריקה, פירוק וניתוח נתונים ברמת הפולס.
בין אם אתם חדשים במחשוב קוונטי, מומחי סייבר ותיקים או פשוט סקרנים לגבי המפגש בין קוונטום לקריפטוגרפיה—המדריך הזה מספק משאב מקיף ועדכני על אחד הנושאים החמים באבטחת מידע.
מתקפת ערוץ-צד (SCA) היא ניצול מאפייני מימוש של מערכת חישובית, ולא חולשה מתמטית של האלגוריתם. התוקף מנסה לחלץ מידע רגיש (כמו מפתחות) על-ידי תצפית על תופעות פיזיות:
בעוד שהנושא מוכר בקרב כרטיסים חכמים ומערכות משובצות, כיום הוא מאיים גם על חומרה קוונטית מתקדמת.
מחשבים קוונטיים נשענים על מכניקת הקוונטים—מניפולציה של קיוביטים במצבי סופרפוזיציה ושזירה, מה שמאפשר האצה אקספוננציאלית במשימות מסוימות. ישנם ארכיטקטורות שונות (על-מוליכות, יונים לכודים וכו'), וניתן לגשת לקוונטום-ענן באמצעות IBM Q Experience, Amazon Braket ועוד.
תהליך החישוב כולל:
הפולסים נושאים מידע מפורט על סדרת האופרציות במחשב הקוונטי.
מתקפות ערוץ-צד נחקרו לראשונה בהקשרים קלאסיים (Kocher, 1996):
למרות השוני העקרוני, גם במחשבים קוונטיים משתמשים בפולסי שליטה אלקטרוניים/אופטיים. המחקר ב-arXiv:2304.03315 מראה כי מידע על החישוב דולף דרך נתוני הפולסים.
על-פי Pandey et al., 2023:
זיהוי פקודה בודדת
מזהה שערים בודדים לפי תבנית הפולסים.
טביעת אצבע לרצף פקודות
קישור סדרות שערים לפרופיל ייחודי, שחזור מעגלים שלמים.
מיפוי קווי קיוביט
שיוך ערוצי פולס לקיוביטים פיזיים/לוגיים.
השפעת מצב קלט
שינויי פולסים בהתאם לקלט סודי.
ניתוח תזמון משאבים
הסקת מורכבות המעגל ומוקדי עומס לפי לוחות זמנים.
פלטפורמות כמו Qiskit מאפשרות הורדת לוחות זמנים של פולסים:
from qiskit import IBMQ, transpile
from qiskit.providers.aer import PulseSimulator
provider = IBMQ.load_account()
backend = provider.get_backend('ibmq_armonk')
circuit = ... # QuantumCircuit
transpiled = transpile(circuit, backend)
schedule = transpiled.qobj().to_instruction_schedule_map()
# הורדת קבצי פולסים
scp user@quantum.cloud:/results/experiment_*/pulse_data.json ./pulses/
ls ./pulses/*.json
import json
def parse_pulse_schedule(file_path):
with open(file_path, 'r') as f:
schedule_data = json.load(f)
for entry in schedule_data['instructions']:
print(f"CHANNEL: {entry['ch']}\tTIME: {entry['t0']}\tPULSE: {entry['pulse']}")
parse_pulse_schedule('./pulses/pulse_data.json')
ls /quantum_results/pulse_logs/*.json
for file in /quantum_results/pulse_logs/*.json; do
echo "Checking $file"
grep "amplitude" "$file" | awk -F ':' '{ if($2 > 0.9) print $0; }'
done
import glob, json, numpy as np
from scipy.spatial.distance import euclidean
def extract_high_amplitude(file_path, threshold=0.9):
with open(file_path, 'r') as f:
data = json.load(f)
for inst in data.get('instructions', []):
amp = inst.get('pulse', {}).get('amplitude', 0)
if amp > threshold:
print(f"{file_path}: amp {amp} ch {inst.get('ch')} t {inst.get('t0')}")
for fp in glob.glob('/quantum_results/pulse_logs/*.json'):
extract_high_amplitude(fp)
# דוגמת דמיון אותות
distance = euclidean(signal1, signal2)
print(f"Similarity: {1/(1+distance)}")
מחשבים קוונטיים מבטיחים מהפכה בקריפטוגרפיה אך גם פותחים פגיעויות ערוץ-צד חדשות. כבר כיום ניתן להסיק אלגוריתמים ואפילו קלטים סודיים מנתוני פולס.
להגנה מקיפה נדרש שילוב מאמצים:
ככל שהשילוב הקוונטי יעמיק, הבנת ערוצי-הצד ומיתונם תהיה חיונית.
Pandey, A. ועוד (2023). “Exploration of Quantum Computer Power Side-Channels.”
arXiv:2304.03315
SAAB CHARTOUNI, H. (2025). "Quantum and side-channel attacks."
HAL thesis
Secure-IC. "Mitigating Side-Channel Attacks in Post Quantum ... - Secure-IC."
Secure-IC Article
Qiskit Documentation: Pulse Schedules
IBM Qiskit Pulse
NIST Post-Quantum Cryptography Project
NIST PQC
Broadbent, Fitzsimons & Kashefi (2009). "Universal Blind Quantum Computation."
arXiv:0807.4154
הקוראים מוזמנים להעמיק במאמרים המקוריים ולעקוב אחרי מחקר מתמשך בתחום הקוונטי-בטוח והמודע-ליישום. הירשמו לעדכונים על פריצות דרך באבטחת קוונטום!
אם מצאתם את התוכן הזה בעל ערך, תארו לעצמכם מה תוכלו להשיג עם תוכנית ההכשרה המקיפה והאליטיסטית שלנו בת 47 שבועות. הצטרפו ליותר מ-1,200 סטודנטים ששינו את הקריירה שלהם בעזרת טכניקות יחידה 8200.