Как защититься от атак с помощью квантового компьютера

3 ноября 2022 г.

Квантовые компьютеры намного мощнее, чем устройства, к которым мы привыкли, и могут хорошо работать в различных сферах жизни. В то же время взлом с их помощью может мгновенно вывести из строя цифровые системы в критически важных инфраструктурах. Появились даже блокчейны, устойчивые к квантовым вычислениям.

Квантовые технологии

Квантовые технологии (квантовые компьютеры, квантовая связь и квантовые датчики) постепенно переходят из лабораторий в реальный мир. Новые научные открытия помогают продвигать и коммерциализировать технологию.

MIT включил квантовый интернет в десятку лучших прорывных технологий 2020 года. Даже сегодня любой может получить облачный доступ к квантовому компьютеру IBM. Его разработчики считают, что таким образом можно найти множество различных применений новой технологии и ускорить ее развитие.

Предполагается, что квантовые компьютеры во многом превзойдут классические. Они принесут невероятные результаты в медицине, промышленности и других отраслях.

В то же время такая мощь откроет дорогу беспрецедентным киберпреступлениям. Асимметричная криптография чаще всего используется для защиты данных во многих областях, но она неустойчива к атакам с участием квантового компьютера.

Квантовый взлом разрушит все обычные цифровые системы в телекоммуникациях, ИТ, банковском деле, медицине и других критически важных инфраструктурах.

Вмешательство в цифровые операции с помощью квантовых компьютеров может показаться эпизодом из будущего. Однако злоумышленники могут украсть данные сейчас и расшифровать их позже, когда инновационные вычислительные технологии перейдут из лабораторий в частное пользование.

Сегодня различные отрасли осознают эту опасность и заранее готовят защиту, не дожидаясь появления универсального квантового компьютера, достаточно мощного для решения полезных задач, а также для взлома криптографии.

Распределение квантовых ключей (Qkd) как способ защиты от квантовых компьютерных атак

Реальный рынок формируется вокруг новых способов передачи данных, способных противостоять квантовым атакам. Во-первых, это квантовые коммуникации — Quantum Key Distribution (QKD).

Эта технология использует квантовые свойства элементарных частиц — фотонов — для защиты передачи информации на уровне фундаментальных законов физики.

Объем глобального рынка Quantum Key Distribution (QKD) составляет прогнозируется, что к 2028 году он достигнет 5 269,55 млн долларов США по сравнению с 1 411,96 млн долларов США в 2021 году при среднегодовом темпе роста 19,56 % в период с 2022 по 2028 год.

Квантовые коммуникации (КК) — это область, в которой разрабатываются технологии или методы передачи информации, закодированной в квантовых состояниях.

Одним из направлений квантовых коммуникаций является квантовое распределение ключей, обеспечивающее гарантии на уровне законов физики относительно защиты передаваемой информации.

Поэтому многие государственные учреждения и крупный бизнес идут на опережение. Они исследуют угрозы, внедряют квантово-защищенные криптографические решения и планируют на этом заработать.

Например, Toshiba объявила о партнерстве с телекоммуникационными компаниями Verizon Communication Inc в США и BT Group в Великобритании. The corporation планирует к 2030 году заработать 3 миллиарда долларов на решениях для защиты от квантовых угроз.

Интерес к квантовым коммуникациям на разных уровнях подчеркивается громкими пилотными проектами в телекоммуникационной и банковской сферах. Параллельно идет процесс стандартизации технологии в рамках NIST (Национальный институт стандартов и технологий США).

Защита мобильного интернета

Пользователи могут даже не заметить, сколько транзакций они совершают в день. Электронные платежи, входы в личные кабинеты, регистрации в социальных сетях, общение в мессенджерах: персональные данные крайне уязвимы в момент передачи.

Поэтому важным событием стало то, что гигант телекоммуникаций SK Telecom анонсировал чипсет с квантовым случайным генератор чисел (QRNG) от производителя ID Quantique.

Эта технология встроена в смартфон Samsung Galaxy A Quantum 5G.

Таким образом, производители намерены повысить безопасность персональных данных пользователей в Интернете будущего. Например, для безопасного входа в аккаунты, совершения операций с электронным кошельком, совершения мобильных платежей.

Амбициозный пилотный проект был заявлен как первый опыт коммерциализации квантовых технологий для мобильных телефонов.

Корейский банк DGB Daegu заинтересовал смартфон Samsung Galaxy A Quantum 5G. Транзакции клиентов через банковское приложение на смартфоне Samsung Galaxy A Quantum 5G будут защищены шифрованием, основанным на действительно непредсказуемых случайных числах.

Эта реакция правомерна. По оценкам McAfee и CSIS, в 2020 году хакерские атаки нанесут ущерб мировой экономике более чем на 1 трлн долларов США.

Квантовая защита для волоконно-оптических линий связи

Еще одним вектором квантовых атак могут быть магистральные линии связи, поскольку по ним передаются стратегически важные данные. Копирование и взлом этих данных может привести к потерям в миллиарды долларов.

Перед ИТ-службами стоит сложная и важная задача интеграции криптографических решений в высоконагруженные каналы, устойчивые к перспективным атакам, включая квантовые компьютеры.

Эти решения требуют:

* Интеграция высокоскоростных аппаратных шифров с симметричным ключом * Распределение квантовых ключей, которое предоставляет этим шифровальщикам секретные ключи

Для передачи одиночных фотонов требуется специальная оптоволоконная нить. Поскольку сети часто перегружены, ученые работают над тем, чтобы квантовые и классические сигналы могли сосуществовать в одном и том же волокне на разных длинах волн.

Корпорации-гиганты индустрии связи по всему миру поддерживают тренд квантовой безопасности в телекоммуникациях. Немецкая телекоммуникационная компания Deutsche Telekom (DT ) предоставила свои возможности для изучения ограничений технологии квантового распределения ключей.

Испытательный стенд включал 100-километровую оптоволоконную сеть DT. Берлинский пилотный проект является частью более крупного проекта консорциума OPENQKD, который реализуется параллельно в нескольких странах Европы.

Главной целью проекта была подготовка к появлению квантовых компьютеров, способных взламывать криптографические шифры за день, а не миллионы лет, которые требуются классическим компьютерам для подобных задач.

Решения по обеспечению информационной безопасности, основанные на квантово-устойчивых алгоритмах шифрования (постквантовая криптография), разрабатываются совместно с квантовыми коммуникациями.

Постквантовая криптография — это новое поколение криптографических алгоритмов, устойчивых к атакам с использованием традиционных вычислительных архитектур и квантовых компьютеров.

По сравнению с традиционными алгоритмами постквантовые алгоритмы используют другие математические принципы. Квантовая и постквантовая криптография дополняют друг друга как аппаратные и программные решения в классической криптографии.

Если мы посмотрим, как это применяется на практике, то увидим, что квантовая криптография подходит для защиты высоконагруженных каналов связи и каналов, несущих стратегически ценную информацию.

Например, между офисами банка, дата-центрами или видеоконференциями высшего руководства. В то же время постквантовая криптография может решить проблему защиты необремененных каналов.

Например, южнокорейский оператор мобильной связи LGU+ интегрировал постквантовую технологию в свое сетевое оборудование. В компании отмечают, что решение актуально для проводной связи, беспроводных сетей и 5G.

представители IBM также объявили о разработке нескольких -безопасные проекты.

Подключение к пространству

Наземные и подземные телекоммуникационные системы имеют ограничения покрытия. Проложить такие сети во многих местах нашей планеты невозможно. Поэтому еще одна проблема квантовой эры — научиться передавать квант сигнала через спутник.

Летом 2020 года запись< /a> был установлен для дальности передачи зашифрованного сообщения без промежуточных точек приема/передачи. Ученые в Китае использовали запутанные фотоны со спутника квантовой связи.

Две обсерватории в Китае, которые отправили и получили сообщения, находились на расстоянии 1200 километров друг от друга. При передаче сигнала частота ошибок была очень низкой.

Это имеет важные последствия для безопасного Интернета. Если злоумышленники перехватят сигнал, точка приема на Земле зафиксирует резкий скачок частоты ошибок передаваемого ключа. И он не будет использоваться для расшифровки информации. Поэтому базовый уровень ошибок должен быть как можно ниже.

Достижения в этой области помогут увеличить зону покрытия квантово-защищенной передачи данных.