Аннотация:
Целью данной статьи является рассмотрение вопросов информационной безопасности, а
именно – какое влияние может оказать на информационную безопасность такая,
относительно новая, технология, как квантовые вычисления. Задачи: рассмотрение
технологии квантовых вычислений, истории развития этой технологии, а также ее
преимуществ и недостатков в рамках информационной безопасности.
Ключевые слова:
информационная безопасность, квантовые вычисления, квантовые компьютеры, кубиты,
криптография.
Квантовые вычисления, как и какие — нибудь черные дыры, были на протяжении многих
лет не более чем теоретической возможностью. Это было нечто, в существование чего
физики всего мира верили, но не могли воссоздать. Сегодня же, квантовые вычисления это
не просто существующая технология, они способны перевернуть бесчисленное количество
отраслей. И не последнее место в этом списке занимает информационная безопасность, в
частности системы защиты, основанные на невзламываемых шифрах.
Угроза серьезна настолько, что она привлекла внимание Национального Института
Стандартов и Технологий США (НИСТ) – подразделения Управления по технологиям
США, одного из агентств Министерства торговли США. В декабре 2016 года НИСТ
объявили о запуске проекта “Пост — Квантовой Криптографии” и начали принимать
предложения по “криптографическим алгоритмам с открытым ключом устойчивым к
квантовым вычислениям”. НИСТ считает, что нужно начинать разрабатывать системы
защиты информации, устойчивые к квантовым вычислениям, уже сейчас, несмотря на тот
факт, что до повсеместного использования квантовых компьютеров нам придется ждать
еще очень долго. Чтобы разобраться, что это значит для специалистов информационной
безопасности, рассмотрим, в каком состоянии квантовые компьютеры находятся сейчас.
Неважно чем занимается компьютер – построением траектории полета для космического
зонда или обработкой семейного фото – это происходит за счет “вычислений”. Квантовые
компьютеры отличаются от обычных тем, что они используют атомные частицы для
формирования так называемых “квантовых битов” или, сокращено, кубитов, вместо
использования обычных транзисторов. Это делает их намного мощнее. Считается, что один
50 — кубитный компьютер с легкостью превзойдет сегодняшние самые мощные
мейнфреймы.
Впервые идею о квантовых вычислениях высказал российский математик Юрий Манин
в 1980 году, и они так и оставались идеей до 2000 года, когда ученые из IBM объединили
пять кубитов для выполнения нахождения порядка. Спустя годы квантовые компьютеры
сильно выросли как в части вычислительных мощностей, так и в части доступности
благодаря множеству инвестиций из различных источников, например Lockheed Martin
Corporation или Microsoft. Также недавно была запущена программа IBM Q, целью которой
является создание экономически доступного универсального квантового компьютера для
бизнеса и науки. В рамках этой программы уже были построены функционирующие 16 —
кубитный и 17 — кубитный компьютеры.
Но какое отношение все это имеет к информационной безопасности? Когда вы
используете Яндекс.Деньги для проведения денежных операций или авторизуетесь в
некоторой системе для получения доступа к ней, защита ваших данных обеспечивается
криптографическими методами. А современная криптография основывается на
математических вычислениях настолько сложных – то есть, используя настолько большие
числа – что их просто невозможно взломать. Но эта устойчивость к взлому не абсолютна,
взлом лишь практически невозможен. Используя современные вычислительные мощности,
злоумышленникам потребуются сотни тысяч лет, чтобы произвести необходимые
вычисления. В то же время квантовый компьютер справится с этой задачей за считанные
минуты, снижая эффективность алгоритмов современной криптографии практически до
нуля. Из — за этого страдает и информационная безопасность.
К счастью, эта угроза не стала сюрпризом для специалистов информационной
безопасности. Существует теория квантовой криптографии, которая может стать решением.
Она была впервые представлена в 1970 году Стивеном Визнером, американским физиком,
занимавшимся исследованием квантовых вычислений. Эта теория основана на принципе
неопределенности Гейзенберга, который гласит, что невозможно одновременно получить
координаты и импульс частицы, невозможно измерить один параметр фотона, не исказив
другой. Позднее, на основе трудов Визнера, Чарльз Беннет и Жиль Брассар предложили
передавать секретный ключ с использованием квантовых объектов, а в 1984 году они
предположили возможность создания фундаментально защищённого канала с помощью
квантовых состояний. После этого ими была предложена схема BB84, в которой
пользователи обмениваются сообщениями, представленными в виде поляризованных
фотонов, по квантовому каналу.[1] И хотя такие каналы считаются самыми защищенными
из всех возможных, мы можем оказаться беззащитными перед 50 — кубитными квантовыми
компьютерами, появление которых ожидается ближайшие десятилетия.
Но существуют и противоположные мнения. Например, Стив Уилсон, главный аналитик
Constellation Research, не верит, что современную криптографию ждет крах в ближайшее
время. По его словам, квантовые вычисления с использованием большого количества
кубитов остаются довольно дорогими, что может дать преимущество криптографии, и
поэтому “битва” между длиной ключа шифрования и атаками методом перебора может
продолжаться бесконечно.[2]
В гонке за “квантовое превосходство” многое на кону. Даже скептики признают, что
квантовые компьютеры способны совершить революцию в любой отрасли, от
экономической до здравоохранительной. Победителями в этой гонке станут компании,
которые давно занимаются исследованием квантовых вычислений, так как эта технология
требует десятилетий постоянных инвестиций и разработок. А на такое не многие способны.
В области информационной безопасности технология квантовых вычислений может стать
ключевой при обнаружении и анализе различных уязвимостей. Но парадокс в том, что эта
технология может стать как спасением, так и проклятием для всей информационной
безопасности.
Список использованной литературы:
1. Квантовая криптография [Электронный ресурс]. URL: https: // ru.wikipedia.org / wiki /
Квантовая _ криптография (дата обращения 23.11.2017)
2. Is quantum computing all ’ cracked up to be? [Электронный ресурс]. URL: http: //
lockstep.com.au / blog / 2012 / 08 / 20 / quantum — computing (дата обращения 23.11.2017)
© А.А. Гусаров, О.С. Сучков, 2017