Разработка и внедрение квантово-устойчивых методов шифрования стали важными задачами для ИТ-отрасли. С их помощью будет возможно взламывать существующие алгоритмы, такие как RSA. Также методика особенно ценна для банков, правительств и других организаций, защищающих сверхсекретные данные.
Какие позитивные изменения нас ждут
Одно из главных преимуществ квантовой криптографии — это создание ключей шифрования, которые невозможно взломать даже с использованием самых мощных квантовых компьютеров. Понять этот вид криптографии можно, разобравшись с понятием протоколов квантового распределения ключей (КРК). Они опираются на физические свойства фотонов: любое измерение состояния фотона приводит к его изменению. Поэтому, как только кто-то попытается узнать, что именно передается через квантовый канал, это станет немедленно известно сторонам, которые обмениваются информацией, — главное свойство, которое делает технологию перспективной и практически неуязвимой.
КРК уже используется для защиты особо важных данных в разных странах мира. Ведется строительство сетей и разработка все новых и новых протоколов и алгоритмов для квантового распределения ключей, которые будут эффективнее уже существующих. Что уже сделано в России и каких результатов стоит ожидать:
- Первая в РФ магистральная квантовая сеть была запущена РЖД в 2021 году. К концу этого года ее протяженность составит уже 7 тыс. км, а к 2030 году, по заявлениям компании, сеть должна увеличиться до 15 тыс. км.
Ожидаемый результат: расширится радиус действия квантовых каналов связи и увеличится скорость передачи данных.
- С февраля 2024 года вступили в силу одобренные «Росстандартом» два стандарта в области квантового интернета вещей, разработанные РЖД.
Ожидаемый результат: именно стандартизированные решения разрешат масштабировать технологию и коммерциализировать ее.
- Проведенные в этом году компанией «ИнфоТеКС» совместно с ТрансТелеКом испытания продемонстрировали, что системы квантового распределения ключей (КРК) могут функционировать в телекоммуникационных сетях с использованием технологии частотного уплотнения каналов, не требуя выделения специального оптического волокна для передачи квантовых ключей.
Ожидаемый результат: будут развиваться гибридные решения, где квантовые и классические компоненты работают вместе для повышения общей безопасности.
Что стоит на пути квантовой криптографии
Система квантового распределения ключей — многообещающее решение растущей проблемы киберпреступности. Но криптография развивается вместе со всей системой квантовых вычислений. Она — прорыв, и она же — опасность. Квантовые решения могут использоваться не только для улучшения безопасности, но и для взлома существующих шифров.
По сути, развивается угроза для данных, которые защищены традиционными методами шифрования, такими как RSA и AES.
Правительства стран, владеющие квантовыми технологиями, получат значительное преимущество в кибершпионаже и взломе защищенной информации. Компании смогут использовать квантовые компьютеры не только для защиты своих данных, но и для атаки на конкурентов. Со временем технологии могут стать доступны и для менее крупных игроков: хакеры и киберпреступники смогут использовать их для взлома банковских счетов, корпоративных сетей и государственных учреждений.
Чтобы противостоять угрозе квантовых компьютеров, необходимо уже сейчас разрабатывать и внедрять такие криптографические схемы, которые будут устойчивы к квантовым атакам. Такие разработки требуют значительных инвестиций — это внушительная проблема, которая стоит на пути криптографической революции. Преодолеть финансовый барьер на текущий момент может быть сложно. По мнению McKinsey, инвесторы снизили свое внимание к технологии из-за смещения акцента в сторону генеративного ИИ, а также из-за того, что квантовые технологии воспринимаются до сих пор как очень долгосрочные технологии, потенциал которых все еще не изучен и не оценен.
Еще один стоп-фактор — недостаточная готовность к переходу. Специалистов в области квантовой коммуникации все еще недостаточно, стандарты и регламенты еще не охватывают все необходимые области внедрения, включая профессиональные стандарты для образовательной системы.
На форуме «Микроэлектроника-2024» в России глава отдела квантовых коммуникаций РЖД Артур Глейм заявил, что в период с 2020 по 2023 год было обучено свыше 400 профессионалов в областях, связанных с квантовыми коммуникациями. Вместе с тем он подчеркнул, что требуется еще большее число специалистов в данной сфере: если нынешние темпы развития сохранятся, то к 2030 году понадобится более одной тысячи высококвалифицированных специалистов с высшим образованием и свыше семи тысяч с уровнем среднего профессионального образования.
Удовлетворение таких запросов новой отрасли может быть проблемой из-за ограниченной осведомленности о технологии, затрудненного доступа к нужному оборудованию и инфраструктуре и пока недостаточной междисциплинарной координации, например, между академическими кругами и промышленностью. Хотя шансы на успех в РФ есть благодаря сети партнерств между исследователями, лидерами отрасли и государственными структурами внутри национального проекта «Цифровая экономика», где реализуется дорожная карта «Квантовые вычисления».
Чего ожидать в 2025 году
Вероятность появления первого полноценного квантового компьютера в 2025 году можно назвать низкой. Основными препятствиями на пути к созданию универсальной квантовой машины являются высокая чувствительность кубитов (основных элементов) к внешним возмущениям, необходимость поддержания низких температур и сложность управления большим количеством кубитов. Эти задачи еще не решены.
Тем не менее в 2025 году стоит ожидать интереса к постквантовым алгоритмам — специальным способам шифрования данных, которые защитят информацию даже от квантовых компьютеров. Многие организации и правительства уже сейчас осознают необходимость перехода к постквантовой эпохе.
Этот интерес стимулирует инвестиции в разработку алгоритмов на основе решеток (Lattice-based cryptography), многомерных полиномов (Multivariate polynomial cryptography), хеш-функций (Hash-based cryptography) или на основе кода исправления ошибок (Code-based cryptography).
Часть сил будет направлена на эксперименты по передаче квантовых сигналов через спутники, чтобы технология стала элементом глобальной инфраструктуры безопасности.
Параллельно с исследовательской работой будет вестись работа по стандартизации уже существующих алгоритмов, потому что только после утверждения стандартов возможно активное внедрение технологии в продукты и услуги компаний, так как именно стандартизация обеспечивает совместимость различных систем и повышает уровень безопасности.
Университеты и профессиональные учебные заведения начнут более активно предлагать курсы и программы обучения, направленные на подготовку специалистов в области. Раньше вузы готовили исследователей квантовых коммуникаций, сейчас нужны эксплуатанты и инженеры-проектировщики.
Обложка: downloaded from Freepik.