Квантовая тайнопись

Спутник «Мо-Цзы» перед запуском в космос. Фото с сайта www.news.cn

На наших глазах появился новый важный актив – данные. Мы производим и потребляем их практически ежесекундно. Многие из данных должны быть защищены, поэтому современную экономику невозможно представить себе без шифрования данных.

Для банковской сферы безопасность данных особенно важна – ведь здесь утечка в большинстве случаев приводит к финансовому ущербу, но главное – из-за нее страдает репутация организации. Любое банковское приложение, с помощью которого клиент «общается» с банком, использует криптографические решения, основанные на сложных математических алгоритмах. Вскрыть зашифрованное сообщение за разумное время практически невозможно – эта задача займет тысячи лет даже при использовании самых мощных современных компьютеров. Однако ситуация может скоро измениться, и безопасность данных будет поставлена под удар.

Дело в том, что приближается эра квантовых вычислений. Разница в «способностях» обычных и квантовых компьютеров колоссальна: квантовые компьютеры будут способны (и это уже показано в экспериментах) крайне эффективно решать ряд сложных задач, лежащих в основе криптографических алгоритмов, что сократит время гарантированного «взлома» криптографической защиты с тысяч лет до минут. Это означает, что повсеместно применяемые инструменты криптозащиты окажутся бесполезны. Станет возможной подделка любого подписанного цифровой подписью документа, а шифрование данных потеряет весь смысл. Необходимо искать способы обезопасить конфиденциальную информацию от компрометации в эпоху квантовых вычислений, и сегодня эксперты занимаются исследованиями в области постквантовой криптографии – они разрабатывают алгоритмы, устойчивые к атакам, совершаемым при помощи квантовых технологий. Уверен – решение этой непростой задачи будет найдено в недалеком будущем. Однако использование квантовых технологий в «классической» криптографии может приносить пользу уже сегодня.

Дело в том, что в «классической» криптографии не существует стопроцентной гарантии того, что ключ – секретная информация, благодаря которой зашифровано (и соответственно может быть расшифровано) сообщение, – не попадет к злоумышленнику. Устранить эту уязвимость способны квантовые коммуникации. По квантовым каналам передача ключа происходит посредством единичных фотонов, элементарных частиц света. Любая попытка получить информацию изменит квантовое состояние – в соответствии с фундаментальным свойством влияния чтения на состояние в квантовых системах. Таким образом, такая попытка неизбежно будет тут же зафиксирована: секретный ключ просто не будет создан, а связь прекратится без потери конфиденциальной информации.

Помимо создания абсолютно надежного способа доставки ключей, которые используются «классическими» криптографическими системами, квантовый канал позволяет менять их с частотой в десятки раз в минуту. Это теоретически позволит зашифровать данные с надежностью, высокой даже для квантовых компьютеров. К счастью, технологии защиты – в частности, квантовое распределение ключей – уже доступны на практике (в отличие от средств атаки – квантовых компьютеров). В прошлом году в Китае запущен первый в мире междугородный коммуникационный квантово-защищенный маршрут – магистральная сеть Пекин–Шанхай. Линия квантовой связи длиной более 2000 км объединяет 20 различных пользователей – банки и регулирующий банковский орган Китая. Самым активным ее пользователем выступает Industrial and Commercial Bank of China, крупнейший банк в мире.

Крупные проекты по внедрению технологии квантовых коммуникаций ведутся и в других странах: США, Швейцарии, Японии. Не отстает и Россия – наши исследовательские институты активно разрабатывают, а ведущие банки тестируют решения в области квантовых коммуникаций. В конце прошлого года между двумя московскими банковскими офисами Сбербанка была запущена линия связи с использованием технологии квантового распределения ключа – это первый в России эксперимент по квантово-защищенной передаче реально используемых данных в городских условиях. Особенность решения заключается в том, что для шифрования данных, передаваемых между офисами, использована гибридная система, которая сочетала в себе квантовые коммуникации и традиционные криптографические решения.

Пока развитие квантовых коммуникаций сдерживают инфраструктурные ограничения – для массового рынка они могут стать доступными только при наличии магистральных оптоволоконных линий, пригодных для работы квантового оборудования. Впрочем, эти ограничения, возможно, будут преодолены с помощью спутников. Первый в мире спутник квантовой связи «Мо-Цзы», разработанный в Китае, успешно прошел тестирование и введен в эксплуатацию. Таким образом, сделан серьезный шаг по созданию глобальной системы квантовой связи, которая, по оценке разработчиков спутника, может появиться к 2030 году.

Время для внедрения новых систем защиты данных еще есть. Эксперты считают, что появление квантового суперкомпьютера, который сможет преодолеть барьеры математической криптографии, займет от 15 до 25 лет. Однако информационная бомба XXI века, как называют такую сверхпроизводительную машину, рано или поздно взорвется. Пострадает ли от этого «взрыва» российский бизнес – зависит от нашей подготовки.

Во всем мире развитие фундаментальных технологий происходит при активном участии технологических компаний и компаний, формирующих потребность в применении новой технологии. Однако ключевую роль в поддержке фундаментальных исследований и инноваций играет государство. Убежден, что подобные меры помогут российским исследователям и ученым совершить рывок и успешно решить важнейшую задачу в области кибербезопасности.