Чи зможуть квантові технології захистити шифр від зламу

Нацисти знали, що секретні комунікації є ключем до світового панування. Тому широко застосували електромеханічну шифрувальну машину Enigma, що дозволяла німецьким дипломатам, військам і навіть підводним човнам безпечно передавати в генеральний штаб радіоповідомлення під час Другої Світової війни. Вони вважали, що їх система достатньо надійно захищена. І це справді було так, доки молодий британський математик на ім’я Алан Тюринг не запропонував створити машину, яка буде автоматично перебирати тисячі комбінацій ключів до шифру, поки в кінцевому підсумку з набору зашифрованих даних не складеться якесь прийнятне повідомлення. В результат Британія отримала здатність читати секретні повідомлення Німеччини.

Але сьогодні, завдяки технології, що називається квантовим шифруванням, мрія про ідеально безпечні комунікації є все більш реалістичною. У світі незламного шифрування всі електронні комунікації можуть стати цілком конфіденційними, але це приведе як до позитивних, так і негативних наслідків, з точки зору кібербезпеки. Так, з одного боку, технологія допоможе захистити світ від шахрайства та крадіжок особистих даних, хакерських атак та підслуховування радіоповідомлень. З іншого боку, це також дозволить терористам та злочинцям спілкуватися абсолютно таємно.

vst_quantcipher_sat

Перший успішний експеримент

Восени минулого року група криптографів та фізиків з Китайської академії наук провела півгодинну відеоконференцію зі своїми колегами у Відні, використовуючи зв’язок на базі квантового шифрування. Дзвінок Пекін-Відень був здійснений за допомогою програми, схожої на Skype, але з однією революційною відмінністю: дані комунікації убезпечили за допомогою ключа шифрування, згенерованого на квантовому пристрої, який знаходився на китайському супутнику.

Важливо, що застосування квантової фізики, на базі якої був створений ключ, означає, що будь-яка спроба зламати код може бути негайно виявлена. «Квантовий шифратор надзвичайно близький до суперзахищених шифрів», — говорить Артур Екерт (Artur Ekert), професор Оксфордського університету та винахідник моделі, на якій китайці заснували свою систему. Метод шифрування Екерта базується на незвичайному ефекті, який називають заплутуванням квантових станів. Це явище настільки екстраординарне, що навіть Альберт Ейнштейн, який його виявив, був здивований. У 1935 році він описав ефект як «надприродну дію на відстані».

Ось як це відбувається. Дві частки світла — фотони — можуть точно копіювати поведінку один одного, навіть коли вони знаходяться на великій відстані одне від іншого. Чому так відбувається, поки що не зрозуміло, але цей феномен був продемонстрований в лабораторних умовах ще 1984 року. Що стосується осіннього експерименту зі створенням захищеного каналу між Пекіном та Віднем, то його суть в тому, що вчені змогли використати ефект заплутування квантових станів для генерації секретного ключа, який складається з ряду бітів даних, що з’являються одночасно в різних кутах Землі. Більш того, китайська команда створила цілісну систему глобальних комунікацій за допомогою шифрування в квантовому режимі. Китайці з’єднали базові станції, підключені до супутників, тисячами кілометрів волоконно-оптичного кабелю для передачі квантових ключів по всій країні.

Незламний шифр

Ще донедавна вся криптографія базувалася на створенні математичних шифрів, що теоретично були недоступні для зламу за допомогою технічних засобів супротивників. Сьогоднішні стандарти шифрування набагато складніші, ніж Enigma в роки II Світової війни, але вони спираються на ті ж самі принципи. Ключ, за допомогою якого обидві сторони повинні зашифрувати та розшифровувати сигнал, створюється комп’ютером і розподіляється між ними. Але якщо третя сторона має достатню обчислювальну потужність, то потенційно вона може підібрати цей ключ. Квантове шифрування замінює технічну гонку за більш потужними ЕОМ на цілком іншу парадигму, де обчислювальні потужності не мають значення. «На відміну від математичних систем… квантове шифрування покладається на закони фізики, які не можуть бути порушені», — говорить Екерт.

Випробування експериментального супутника квантового зв'язку в Jiuquan Satellite Launch Center, Китай. Липень 2016 року

Випробування експериментального супутника квантового зв’язку в Jiuquan Satellite Launch Center, Китай. Липень 2016 року

Шифрування на базі квантової технології потенційно змінить галузі e-commerce та інфобезпеки за рахунок унеможливлення хакерських атак та крадіжок особистих даних. Невипадково найбільшими інвесторами у сферу квантового шифрування є армії та спецслужби, зокрема, Народно-визвольна армія Китаю та Міністерство оборони США. Китайський уряд інвестував кілька сотень мільйонів доларів США у запуск супутника з квантовим обладнанням в космос, а також розгортання величезної кількості інфраструктурних об’єктів на місцях. Устаткування змонтовано на супутнику Micius, який знаходиться на висоті 300 км. Крім того, Китай побудував базові станції в північно-західній частині Тибету на висоті 5 тис. м з метою мінімізувати втрати сигналу в атмосфері Землі, у західній провінції Китаю та поблизу Пекіна. Квантові коди, одночасно згенеровані на базових станціях і на супутнику Micius, пов’язані з користувачами в Пекіні та Шанхаї через волоконно-оптичний кабель на суші на висоті 1,2 тис. м.

За словами одного з представників влади Китаю, принаймні 600 провідних китайських міністрів та військових чиновників застосовують шифрування за допомогою квантової технології для всіх конфіденційних комунікацій. Однак низька орбіта супутника Micius означає, що користувачі, які не підключені до волоконно-оптичної мережі Китаю, повинні чекати, поки супутник в черговий раз потрапить в зону досяжності, щоб отримати безпечний квантовий ключ. Тому протягом п’яти років Китай планує запустити новий орбітальний супутник на висоту 20 тис. км і покрити значно більшу частину поверхні Землі. Кінцевою метою є сукупність геостаціонарних супутників, що охоплюють увесь світ.

Гонка кіберозброєнь

США, Китай та РФ беруть участь у потужних, прихованих перегонах озброєнь, мета яких – оволодіти сучасною кіберзброєю, починаючи від вірусів, здатних проникати в телефонні та електричні системи, до традиційних шпіонських завдань, де вимагається заволодіння таємницями супротивника. Та у найближчій перспективі квантове шифрування не зможе закрити головні вразливості інтернет-світу. І мова йде навіть не про слабке шифрування, а про відсутність умов базової безпеки в Мережі. Згадаємо, що інформаційні системи критично важливих державних установ, включно із Білим домом, були захищені лише ненадійними паролями та вразливим антивірусним ПЗ. Цей факт у 2015-2016 роках широко використовувався кіберзлочинними угрупуваннями, які пов’язують з РФ.

Крім того, згідно з повідомленням колишнього підрядника АНБ Едварда Сноудена, мета більшості сучасних західних розвідок – це не тільки дані, які містяться в електронних листах і телефонних розмовах, але й метадані, тобто інформація про те, хто з ким спілкувався і коли. Навіть у зашифрованому квантовому світі ці метадані все одно будуть доступні. Додатково, незалежно від того, наскільки ідеальною є система квантового шифрування, на кожному кінці «дроту» є людина, що надсилає та отримує повідомлення на свої електронні пристрої, які можна «хакнути» за допомогою вірусів та іншого шкідливого ПЗ.

І все ж таки, квантове шифрування може стати справді проривною технологією. Якщо основні елементи глобальних комунікацій є безпечними, то значні системні ризики для глобальної інформаційно-комунікаційної інфраструктури кардинально зменшуються. Це зовсім не значить, що ми будемо абсолютно захищеними в інтернеті, тим не менше, за допомогою квантового шифрування потенційно можуть бути убезпечені величезні області ІТ, які завжди вважалися кібернетично вразливими. Мова іде про операції з кредитними картками, базами даних та будь-якими формами електронного зв’язку. Хоча впровадження нового рівня захисту буде вимагати величезних інвестицій.

Разом з тим, нова технологія потенційно допоможе й терористам та злочинцям. Логічно, що кожна держава чи бізнес хочуть бути впевненими, що їхні секрети абсолютно захищені. Але для спецслужб чи розвідників дуже неприємно усвідомлювати, що сторона супротивника також застосовує непроникний захист. На початку статті ми згадували про шифрувальну машину Enigma, що широко використовувалася в нацистській Німеччині під час Другої Світової війни. Уявімо, що британці не змогли б зламати шифр «Енігма», яким би тоді міг стати фінал війни?

БІЛЬШЕ ЦІКАВОГО:

Джерело: Newsweek