Всё больше IT-гигантов рискуют тратить существенные ресурсы на разработки в области квантовой криптографии, предполагая, что вскоре этот рынок вырастет до небес.
Корпорация Toshiba заявила в воскресенье, что к 2030 году планирует получить доход в размере 3 миллиардов долларов США за счёт эксплуатации своей передовой квантовой технологии защиты данных. Toshiba надеется удовлетворить мировой спрос на подобные технологии, который, по мнению аналитиков компании, будет только расти, особенно с учётом того, что кибербезопасность вышла на первый план в вопросах национальной обороны ведущих государств мира.
Вдогонку компания Toppan Printing, японский Национальный институт информационно-коммуникационных технологий (National Institute of Information and Communications Technology, NICT) и корпорации QunaSys и ISARA объявили о начале сотрудничества, направленного на создание технологии безопасного квантового облака (Quantum Secure Cloud), которая позволит усовершенствовать обработку информации и обеспечить безопасную коммуникацию, а также хранение и использование данных.
Что такое квантовая криптография
Наука о квантовой информации изучает законы квантовой физики в интересах вычислений, хранения, передачи и измерения информации и другого манипулирования ею. Она, в частности, занимается исследованием квантовой коммуникации — способами передавать информацию, применяя законы квантовой физики.
Криптография — это дисциплина, занимающаяся преобразованием открытых, читаемых по общеизвестным правилам данных в закодированные по некоему секретному алгоритму, то есть таким образом, чтобы прочитать их мог только тот, кому этот алгоритм известен, у кого есть к нему «ключ». Квантовая криптография, как следствие, использует для шифрования данных и защиты их от взлома принципы квантовой механики. И наиболее перспективное направление квантовой криптографии — квантовая передача (распределение) ключей (QKD, Quantum key distribution). Для её осуществления предлагаются разные протоколы, но в основе их всех — 1) наблюдение квантовых состояний частиц, например, пар запутанных фотонов, и 2) тот факт, что эти состояния нельзя измерить, не изменив. Предполагается, что любое злоумышленное вмешательство в квантовую передачу ключей будет приводить к изменению передаваемых данных и сразу же становиться очевидным. А вместо скомпрометированного ключа будет передаваться новый. Поскольку же речь о фотонах, всё это будет происходить ещё и практически мгновенно.
В ожидании квантового компьютера
Квантовая криптография — пока достаточно тёмная область: предстоит научиться эффективно и регулярно, а не только на дорогостоящих экспериментальных установках под наблюдением докторов наук, решать несколько нетривиальных задач, среди которых и создание пар частиц в запутанном состоянии, и сохранение этой запутанности до измерения при неизбежном контакте с внешним миром, и измерение их состояний таким образом, чтобы извлекаемая при этом информация была полезной. Вполне резонно спросить, зачем изобретать велосипед, если давно доступны другие методы защиты информации. В мире множество данных, которые мы предпочли бы скрыть от лишних глаз, от личных переписок до банковских счетов, и все они успешно шифруются различными способами.
Проблема в том, что эти способы уязвимы перед будущими технологиями: хотя используемые в них алгоритмы обычные современные компьютеры могут взламывать годами (а то и миллионами лет), так называемые квантовые компьютеры справились бы с этой задачей гораздо быстрее.
Хотя некоторое количество квантовых компьютеров уже существует, их пока нельзя назвать вполне функциональными устройствами и огромный потенциал квантовых вычислений остаётся неизведанным. Квантовые компьютеры чрезвычайно сложны в проектировании, производстве и программировании. Их нынешние версии полны ошибок в виде шума, сбоев и потери квантовой когерентности — согласованности в движении частиц, — что крайне важно для их работы. Эта потеря когерентности (называемая декогерентностью), вызываемая вибрациями, колебаниями температуры, электромагнитными волнами и другими взаимодействиями с внешней средой, а также собственно свойствами самих наблюдаемых частиц, в конечном итоге разрушает квантовые свойства компьютера раньше, чем с его помощью может быть решена любая конкретная вычислительная задача. Так что современные квантовые компьютеры вряд ли способны угрожать системам кибербезопасности.
Тем не менее, уже слышны новости о всё более мощных и функциональных квантовых компьютерах, которые, возможно, рано или поздно смогут выполнять сложные вычисления, не разваливаясь на полпути. А существование такой мощной вычислительной технологии способно привести к настоящему хаосу в сфере кибербезопасноти.
Поэтому разработки новых способов шифрования, в том числе и квантовой криптографии, направлены не только на существующие угрозы, но и на возможные будущие проблемы.
«Волнуясь о том, что существующие технологии криптографии и безопасности будут скомпрометированы в ближайшем будущем, Toppan считает внедрение в общество новых технологий безопасности одной из своих главных обязанностей. Технология безопасного квантового облака представляет собой концепцию практической системы, сочетающей такие технологии безопасности, как квантовая криптография нового поколения и разделение секрета (secret sharing). Объединив опыт нескольких компаний, мы стремимся сделать это реальностью и внести вклад в обеспечение безопасности в эпоху квантовых вычислений»,
Цена безопасности
3 миллиарда долларов, на которые надеется Toshiba, — это огромная сумма даже для 10 лет работы. Кто и зачем может заплатить такие деньги за безопасность данных?
Сейчас компания заявила, что объединилась с Verizon Communications Inc. в США и с BT Group в Великобритании в пилотных проектах QKD, а также ведёт переговоры с неким телекоммуникационным оператором в Южной Корее. Но разработки компании могут пригодиться и целым государствам.
Недавно был утверждён бюджет США на следующий год. К разочарованию учёных, спонсированию науки в нём много внимания не уделили. Но есть всё же области научных исследований, которые бюджет Трампа на 2021 финансовый профинансирует весьма щедро, — это, в том числе, и квантовая информатика. На разработку и исследования квантовых технологий в бюджете заложено больше полумиллиарда долларов, в том числе 25 млн на создание квантового интернета, соединяющего 17 национальных лабораторий.
Как такая, казалось бы, малоизученная область, стала бюджетным приоритетом? Есть простая причина: администрация Трампа считает, что квантовые исследования необходимы для национальной безопасности. Более того, возможно, США опасаются отстать от Китая.
Инвестиции правительства США в науку и технологии долгое время ориентировались на увеличение экономической и военной мощи Америки. Конкуренция с Китаем, видимо, тоже имеет значение. Эксперты часто говорят о новой «холодной войне» между этими двумя государствами — возможно, квантовые технологии становятся частью этой истории. Китай назвал квантовую информатику ключевой планкой в своём 13-м пятилетнем плане «Сделано в Китае — 2025», а китайские специалисты в области обороны полагают, что «квантовая гегемония» может определить будущее международной политики.
Китай — первая страна, достигшая важных успехов в квантовой информатике. К ним относятся квантовая сеть, соединяющая Пекин и Шанхай, и первый квантовый научный спутник. Китай также строит крупнейшую в мире квантовую лабораторию.
Поэтому у Toshiba есть причины ожидать, что мировой рынок криптографических ключей QKD вырастет до 12 миллиардов долларов за 10 лет с появлением квантовых компьютеров, огромная вычислительная мощь которых позволит легко расшифровывать математические криптографические ключи, ныне широко используемые в финансах, обороне и здравоохранении.