Рос­сий­ские уче­ные со­зда­ют кван­то­вую за­щи­ту бу­ду­ще­го

RBC Magazine - - СОДЕРЖАНИЕ -

Ку­роч­кин, по­свя­тив­ший те­ме кван­то­во­го шиф­ро­ва­ния без ма­ло­го де­сять лет. Сей­час в ла­бо­ра­то­рии на ми­нус пер­вом эта­же 30 фи­зи­ков, ин­же­не­ров и про­грам­ми­стов по­смен­но до­ра­ба­ты­ва­ют «кван­то­вый крип­то­граф», что­бы успеть за­пу­стить его в се­рию в сле­ду­ю­ще­му го­ду. Боль­шин­ство со­вре­мен­ных си­стем за­щи­ты ин­фор­ма­ции ос­но­ва­но на край­ней слож­но­сти при­ме­ня­е­мых в них ма­те­ма­ти­че­ских ал­го­рит­мов. Один из са­мых по­пу­ляр­ных се­год­ня ме­то­дов пред­по­ла­га­ет ис­поль­зо­ва­ние крип­то­гра­фии с от­кры­тым клю­чом. Ключ — сек­рет­ная ин­фор­ма­ция, с по­мо­щью ко­то­рой за­шиф­ро­ван­ное со­об­ще­ние пе­ре­да­ет­ся по от­кры­то­му, неза­щи­щен­но­му ка­на­лу, от­сю­да и на­зва­ние. Со­здать ключ до­воль­но про­сто, а вот взлом со­об­ще­ния, ко­то­рое с его по­мо­щью за­шиф­ро­ва­но, — очень слож­ная ма­те­ма­ти­че­ская за­да­ча, ре­шить ко­то­рую с су­ще­ству­ю­щи­ми ком­пью­тер­ны­ми мощ­но­стя­ми прак­ти­че­ски невоз­мож­но, по­сколь­ку на это по­тре­бу­ет­ся очень мно­го вре­ме­ни, объ­яс­ня­ет на­уч­ный со­труд­ник РКЦ и один из ру­ко­во­ди­те­лей про­ек­та кван­то­вой крип­то­гра­фии Алек­сей Фе­до­ров. Си­ту­а­ция мо­жет в од­но­ча­сье из­ме­нить­ся: в сле­ду­ю­щие пять-де­сять лет в ми­ре мо­жет по­явить­ся кван­то­вый ком­пью­тер, мощ­но­стей ко­то­ро­го ока­жет­ся до­ста­точ­но для рас­шиф­ров­ки со­об­ще­ний, за­шиф­ро­ван­ных крип­то­гра­фи­ей с от­кры­тым клю­чом, и про­тив ко­то­ро­го се­го­дняш­ние ме­то­ды этой крип­то­гра­фии бу­дут бес­по­лез­ны. Ре­ше­ние про­бле­мы на­шлось там же, где и ее при­чи­на: на сме­ну ма­те­ма­ти­че­ской крип­то­гра­фии при­хо­дит кван­то­вая, ба­зи­ру­ю­ща­я­ся на стро­гих фи­зи­че­ских за­ко­нах. Тех­но­ло­гии кван­то­вой крип­то­гра­фии точ­нее бу­дет наз­вать тех­но­ло­ги­я­ми кван­то­во­го рас­пре­де­ле­ния клю­ча, и ре­ша­ют они как раз глав­ную про­бле­му клас­си­че­ской крип­то­гра­фии — без­опас­но­го рас­пре­де­ле­ния клю­чей. «Вы мо­же­те вы­ра­бо­тать ключ, с по­мо­щью ко­то­ро­го за­шиф­ру­е­те со­об­ще­ние так, что ни­кто не смо­жет его про­честь. Но пе­ре­дать этот ключ по­лу­ча­те­лю со­об­ще­ния так, что­бы быть аб­со­лют­но уве­рен­ным, что он не был про­чи­тан тре­тьей, неже­ла­тель­ной сто­ро­ной, вы не мо­же­те», — объ­яс­ня­ет Фе­до­ров. Кван­то­вое рас­пре­де­ле­ние клю­чей ре­ша­ет эту про­бле­му: ключ ге­не­ри­ру­ет­ся и пе­ре­да­ет­ся с по­мо­щью фо­то­нов, при­ве­ден­ных в опре­де­лен­ное кван­то­вое со­сто­я­ние. Пе­ре­хва­тить пе­ре­да­чу этих эле­мен­тар­ных ча­стиц, остав­шись неза-

ме­чен­ным, невоз­мож­но: это про­ти­во­ре­чит за­ко­нам фи­зи­ки. Нель­зя кло­ни­ро­вать неиз­вест­ное кван­то­вое со­сто­я­ние — это за­кон фи­зи­ки, сфор­му­ли­ро­ван­ный Уи­лья­мом Вут­тер­сом, Вой­це­хом Зу­ре­ком и Ден­ни­сом Ди­эк­с­ом в 1982 го­ду. «Ес­ли ин­фор­ма­ция за­ко­ди­ро­ва­на эле­мен­тар­ны­ми кван­то­вы­ми со­сто­я­ни­я­ми, то по­пыт­ка ее «под­слу­шать» вне­сет в пе­ре­да­ва­е­мые данные ошиб­ки, ко­то­рые очень лег­ко за­ме­тить и из­ме­рить. Ес­ли оши­бок мно­го, ин­фор­ма­цию мог­ли пы­тать­ся узнать по­сто­рон­ние. То­гда ключ про­сто вы­ки­ды­ва­ет­ся и под­би­ра­ет­ся но­вый, и так по­ка не най­дет­ся ва­ри­ант, при пе­ре­да­че ко­то­ро­го не бу­дет пре­вы­шен до­пу­сти­мый уро­вень оши­бок», — объ­яс­ня­ет Ва­дим Ма­ка­ров, экс­перт по кван­то­вой свя­зи и ру­ко­во­ди­тель ла­бо­ра­то­рии кван­то­во­го взло­ма в Ин­сти­ту­те кван­то­вых вы­чис­ле­ний Уни­вер­си­те­та Ва­тер­лоо (Ка­на­да). Для «без­опас­но­го кон­нек­та» у обе­их сто­рон со­еди­не­ния долж­но быть два устрой­ства: ла­зер, ис­точ­ник фо­то­нов с од­ной сто­ро­ны, и де­тек­тор, «счи­ты­ва­тель» фо­то­нов, с дру­гой. Они со­еди­не­ны опто­во­ло­кон­ным ка­бе­лем, по ко­то­ро­му пе­ре­да­ет­ся ключ. Ско­пи­ро­вать кван­то­вый ключ нель­зя. Та­ким об­ра­зом, си­сте­ма да­ет аб­со­лют­ную за­щи­ту пе­ре­сы­ла­е­мым дан­ным. Но сей­час у кван­то­вой ком­му­ни­ка­ции есть за­мет­ная сла­бость: пе­ре­да­вать клю­чи с по­мо­щью фо­то­нов мож­но толь­ко на рас­сто­я­ния 50–100 км. На бо­лее длин­ных ди­стан­ци­ях опто­во­лок­но по­гло­ща­ет фо­то­ны, что крат­но сни­жа­ет ско­рость пе­ре­да­чи ин­фор­ма­ции и де­ла­ет си­сте­му непри­год­ной для прак­ти­че­ско­го ис­поль­зо­ва­ния, рас­ска­зы­ва­ет Ма­ка­ров. Что­бы со­здать за­щи­щен­ную ли­нию, на­при­мер меж­ду Моск­вой и Санкт-Пе­тер­бур­гом, по­на­до­бит­ся при­мер­но де­сять раз вос­про­из­ве­сти си­сте­му «за­щи­щен­ные — ис­точ­ник-де­тек­тор оди­ноч­ных фо­то­нов», каж­дый раз уста­нав­ли­вая при­е­мо-пе­ре­да­ю­щие стан­ции с за­щи­щен­ным уз­лом, до­ступ к ко­то­рым бу­дет толь­ко у до­ве­рен­ных лиц. По­ка не про­ло­же­ны ма­ги­страль­ные «кван­то­вые» ка­на­лы свя­зи, ис­поль­зо­вать ко­то­рые смо­гут од­но­вре­мен­но мно­гие поль­зо­ва­те­ли, по­тре­би­те­ля­ми тех­но­ло­гии, ско­рее все­го, бу­дут ком­па­нии, ко­то­рым необ­хо­ди­ма за­щи­щен­ная ли­ния внут­ри од­но­го го­ро­да.

«Фо­тон как ку­ри­ца»

Про­ект РКЦ самый мо­ло­дой: раз­ра­бот­ку ком­мер­че­ско­го устрой­ства уче­ные цен­тра на­ча­ли око­ло двух лет на­зад, то­гда как уни­вер­си­тет­ские ко­ман­ды ра­бо­та­ют над сво­и­ми про­ек­та­ми уже по во­семь-де­сять лет. «Под про­ект по­лу­чи­ли ин­ве­сти­ции от Газ­пром­бан­ка и изна­чаль­но на­чи­на­ли раз­ра­бот­ку с при­це­лом мак­си­маль­но быст­ро­го вы­хо­да на ры­нок. Воз­мож­но­сти ра­бо­тать в «уни­вер­си­тет­ском» фор­ма­те и тра­тить на раз­ра­бот­ку мно­гие го­ды у нас не бы­ло», — го­во­рит Ку­роч­кин. В 2015 го­ду Газ­пром­банк вло­жил в эту и дру­гие раз­ра­бот­ки РКЦ 230 млн руб. Со­кра­тить срок раз­ра­бот­ки ко­ман­де РКЦ по­мог­ло и то, что в про­ек­те ис­поль­зо­ва­лись раз­ра­бо­тан­ные пред­ше­ствен­ни­ка­ми из дру­гих на­уч­ных ор­га­ни­за­ций ин­же­нер­ные ре­ше­ния, а так­же ал­го­ритм ге­не­ра­ции клю­ча, из­вест­ные всем на­уч­ным груп­пам, ве­ду­щим исследования в этой об­ла­сти. Дру­гое устрой­ство, ко­то­рое раз­ра­ба­ты­ва­ет ко­ман­да Уни­вер­си­те­та ИТМО, про­хо­дит ис­пы­та­ния на пи­лот­ных зо­нах в Петербурге, Ка­за­ни и Са­ма­ре. Оно по­явит­ся в бли­жай­шие год-два, обе­ща­ют в ву­зе. Раз­ра­бот­чи­ки при­ду­ма­ли свой спо­соб пе­ре­да­чи фо­то­нов, ко­то­рый, по сло­вам участ­ни­ков ко­ман­ды про­ек­та, по­мо­жет улуч­шить тех­ни­че­ские ха­рак­те­ри­сти­ки. Обыч­но в устрой­ствах та­ко­го ти­па кван­то­вый сиг­нал фор­ми­ру­ет­ся непо­сред­ствен­но ис­точ­ни­ком и пе­ре­да­ет­ся сна­ча­ла в од­ну сто­ро­ну, за­тем от­ра­жа­ет­ся и идет об­рат­но: это нуж­но для ком­пен­са­ции воз­дей­ствия внеш­ней сре­ды на ли­нию свя­зи, го­во­рит ли­дер про­ек­та, фи­зик Ар­тур Глейм. «Мы при­ду­ма­ли дру­гой спо­соб: идея в том, что­бы «по­ме­стить» кван­то­вый сиг­нал на бо­ко­вой ча­сто­те силь­но­го клас­си­че­ско­го оп­ти­че­ско­го сиг­на­ла, от­прав­лять силь­ный им­пульс, а ря­дом с ним с от­строй­кой по ча­сто­те кван­то­вый сиг­нал. Ко­ди­ро­ва­ние про­ис­хо­дит от­но­си­тель­но цен­траль­ной (опор­ной) ча­сто­ты. Бла­го­да­ря это­му ему не нуж­но про­хо­дить путь два­жды, уве­ли­чи­ва­ют­ся ско­рость и рас­сто­я­ние», — объ­яс­ня­ет Глейм. Все три про­ек­та рос­сий­ских ин­сти­ту­тов при­мер­но рав­но­знач­ны по сво­им ха­рак­те­ри­сти­кам, оче­вид­но­го ли­де­ра сре­ди них нет, счи­та­ет Ва­дим Ма­ка­ров. «Фо­тон как ку­ри­ца. Каж­дый «ре­сто­ран» го­то­вит его по-сво­е­му, но от­ли­чие толь­ко в этом, а прин­цип ра­бо­ты оста­ет­ся од­ним и тем же». На ми­ро­вом рын­ке уже есть ра­бо­та­ю­щие устрой­ства для кван­то­вой крип­то­гра­фии. Швей­цар­ская ID Quantique сде­ла­ла первую ком­мер­че­скую си­сте­му боль­ше де­ся­ти лет на­зад. Вы­пус­ка­ют та­кие устрой­ства ком­па­нии из Япо­нии (Toshiba), Ве­ли­ко­бри­та­нии (QinetiQ), Ав­стрии (Austrian Institute of

Technology) и Ки­тая — прав­да, ку­пить на от­кры­том рын­ке мож­но толь­ко швей­цар­ские и ав­стрий­ские устрой­ства. Кон­ку­ри­ро­вать с за­ру­беж­ны­ми про­из­во­ди­те­ля­ми, по мне­нию Ма­ка­ро­ва, рос­сий­ским ком­па­ни­ям бу­дет до­воль­но слож­но: все они уже не пер­вый год рын­ке, но­вич­кам же толь­ко пред­сто­ит прой­ти этот путь. Но ин­фор­ма­ци­он­ная без­опас­ность — очень бо­лез­нен­ная те­ма, и по край­ней ме­ре один ры­нок, рос­сий­ский, оста­нет­ся пол­но­стью в рас­по­ря­же­нии мест­ных про­из­во­ди­те­лей, го­во­рит уче­ный. «У рос­сий­ских устройств есть и экс­порт­ный по­тен­ци­ал: в конце кон­цов, для Рос­сии экс­порт ору­жия — од­на из су­ще­ствен­ных ста­тей до­хо­да, не ви­жу при­чин, по­че­му не най­дут­ся по­ку­па­те­ли и на устрой­ства кван­то­во­го шиф­ро­ва­ния», — до­бав­ля­ет Ма­ка­ров.

Спрос и пред­ло­же­ние

Ком­плект устрой­ства кван­то­вой крип­то­гра­фии от швей­цар­ской ID Quantique обой­дет­ся в $200 тыс. Устрой­ство от РКЦ долж­но сто­ить мень­ше — око­ло $150 тыс., го­во­рят в РКЦ. Вы­во­дить на ры­нок раз­ра­бот­ку, пред­став­ля­ю­щую чер­ную ко­роб­ку раз­ме­ром при­мер­но с си­стем­ный блок ком­пью­те­ра, бу­дет от­дель­ный стар­тап РКЦ — ком­па­ния QRate. Ос­нов­ны­ми по­ку­па­те­ля­ми но­вых си­стем, счи­та­ет Ма­ка­ров, ста­нут правительство, бан­ки и круп­ный биз­нес — те струк­ту­ры, у ко­то­рых бюд­же­ты на ин­фор­ма­ци­он­ную без­опас­ность до­ста­точ­но ве­ли­ки, что­бы до­пол­ни­тель­ные тра­ты не внес­ли в них ра­ди­каль­ных из­ме­не­ний. В РКЦ ори­ен­ти­ру­ют­ся преж­де все­го на бан­ки. Кро­ме Газ­пром­бан­ка ко­ман­да ла­бо­ра­то­рии до­го­во­ри­лась о со­труд­ни­че­стве в сфе­ре кван­то­вых тех­но­ло­гий с ВЭБом. Ко­гда угро­за со­вре­мен­ным ме­то­дам шиф­ро­ва­ния ста­нет вполне ре­аль­ной, кван­то­вая связь долж­на уже быть на­ла­же­на, за­явил жур­на­лу РБК ви­це-пре­зи­дент бан­ка Глеб Юн. Все­го ВЭБу мо­гут по­тре­бо­вать­ся де­сят­ки та­ких устройств, на внедрение ко­то­рых мо­жет по­на­до­бить­ся несколь­ко лет, го­во­рит он. Газ­пром­банк не от­ве­тил на во­про­сы журнала РБК. Ко­ман­да Уни­вер­си­те­та ИТМО и Ка­зан­ско­го кван­то­во­го цен­тра сфо­ку­си­ро­ва­лась на дру­гом сегменте рын­ка — те­ле­ком-ком­па­ни­ях. Имен­но опе­ра­тор свя­зи «Тат­те­ле­ком» пер­вым про­те­сти­ро­вал на сво­их се­тях их раз­ра­бот­ку. Опе­ра­то­ры ста­нут ос­нов­ны­ми по­тре­би­те­ля­ми тех­но­ло­гий кван­то­вой за­щи­ты дан­ных, уве­рен Ар­тур Глейм: «За­щи­та дан­ных не долж­на быть го­лов­ной бо­лью по­тре­би­те­ля. Бла­го­да­ря кван­то­вой крип­то­гра­фии опе­ра­то­ры, ко­то­рые рань­ше про­да­ва­ли толь­ко са­му до­став­ку дан­ных, те­перь смо­гут за­нять но­вую ни­шу. Это вы­год­но всем». Это не зна­чит, что опе­ра­то­ры и дру­гие по­тен­ци­аль­ные кли­ен­ты сра­зу нач­нут рас­ку­пать но­вые устрой­ства. «Тех­но­ло­гия кван­то­вой крип­то­гра­фии — очень ин­но­ва­ци­он­ная, и для вы­во­да про­то­ти­пов обо­ру­до­ва­ния в про­мыш­лен­ное про­из­вод­ство тре­бу­ет­ся те­сти­ро­ва­ние на се­тях ре­аль­ных по­тре­би­те­лей, го­во­рит ди­рек­тор по ин­фор­ма­ции и но­вым тех­но­ло­ги­ям «Тат­те­ле­ко­ма» Аль­берт Яко­влев. Про­из­во­ди­те­ли обо­ру­до­ва­ния так­же долж­ны бу­дут по­лу­чить сер­ти­фи­кат ФСТЭК, до­бав­ля­ет он: «Мы оце­ни­ва­ем про­дол­жи­тель­ность всех этих про­це­дур не ме­нее чем в три-пять лет». При этом Яко­влев от­ме­тил, что «Тат­те­ле­ком» бу­дет по­мо­гать Ка­зан­ско­му кван­то­во­му цен­тру в те­сти­ро­ва­нии тех­но­ло­гии. За­чем биз­не­су тра­тить­ся на устрой­ства, за­щи­ща­ю­щие от угро­зы, ко­то­рая не по­явит­ся еще при­мер­но де­сять, а мо­жет, 30 лет? Что­бы по­нять, необ­хо­ди­ма ли вам кван­то­вая крип­то­гра­фия, на­до оценить «срок год­но­сти» ва­ших сек­ре­тов: ес­ли он боль­ше де­ся­ти лет, устрой­ства нуж­но ставить пря­мо сей­час. Лю­бой, кто об­ла­да­ет ре­сур­са­ми для хра­не­ния боль­ших объ­е­мов ин­фор­ма­ции, мо­жет за­пи­сы­вать все данные, ко­то­рые пе­ре­да­ет ком­па­ния или банк, да­же ес­ли по­ка не мо­жет их рас­шиф­ро­вать, объ­яс­ня­ет Ма­ка­ров. Как толь­ко по­явит­ся кван­то­вый ком­пью­тер, спо­соб­ный их рас­шиф­ро­вать, эти данные пе­ре­ста­нут быть сек­ре­том, го­во­рит он: «Ес­ли у вас шиф­ру­ют­ся данные, цен­ность ко­то­рых со­хра­ня­ет­ся до­ста­точ­ное чис­ло лет, нуж­но за­щи­щать их уже сей­час — си­сте­ма­ми за­щи­ты, устой­чи­вы­ми к бу­ду­щим ата­кам. Это во­прос дол­го­вре­мен­но­го пла­ни­ро­ва­ния и дол­го­вре­мен­ных рис­ков».

Ли­дер про­ек­та кван­то­вой крип­то­гра­фии РКЦ Юрий Ку­роч­кин (свер­ху) и участ­ник про­ек­та Алек­сей Фе­до­ров (сни­зу)

Мень­ше чем че­рез 30 лет устрой­ства кван­то­вой крип­то­гра­фии ста­нут ча­стью на­ших ком­пью­те­ров, пред­по­ла­га­ет экс­перт по кван­то­вой свя­зи Ва­дим Ма­ка­ров

Newspapers in Russian

Newspapers from Russia

© PressReader. All rights reserved.