Квантовые коммуникации: итоги 2022 года

Квантовые технологии из кабинетов ученых постепенно переходят в повседневную жизнь. Так, использование технологии квантового распределения ключей (КРК) позволяет защитить сети передачи данных от взлома, в том числе с помощью квантового компьютера. Кроме того, технология обеспечивает генерацию истинно случайного ключа. Снижается риск человеческого фактора – администратор системы не запишет пароль на бумажке, приклеенной к монитору, да и вообще никто не будет знать случайный и автоматически создаваемый пароль. При использовании в корпоративном VPN ключи автоматически вырабатываются и загружаются без участия оператора.

По данным BСC Research, мировой рынок квантовых коммуникаций в 2022 г. вырос на 22% и составил $378 млн. На 16%, достигнув $240 млн, вырос рынок инфраструктурных решений, в основном за счет более широкого использования квантовых генераторов случайных чисел и устройств квантового распределения ключей для предприятий и магистральных сетей (рис. 1). 

Драйверами роста стали государственные программы поддержки, разработка протоколов и стандартов, лицензирование и сертификация оборудования и общее снижение его стоимости. На 34% увеличился рынок сервисов и услуг, включающий: пилотные проекты КРК и квантового VPN; защищенные КРК хранилища цифровых активов; защищенные КРК каналы передачи данных.

Среди значимых мировых событий года на прошедшем в январе в Москве первом всероссийском форуме «Доверенные квантовые технологии и коммуникации» Сергей Кулик, директор проектов «Ростелекома» в экосистеме квантовых коммуникаций в РФ, выделил:

Развиваются защищенные КРК сети и в России. Основные игроки – «Ростелеком», запустивший защищенный канал связи между Москвой и своим ЦОДом в Удомле, и РЖД. Ведомство планирует создание магистральных защищенных КРК каналов от Москвы до Челябинска и Сочи, на базе которых будет строиться региональная сеть (рис. 2).

Среди других российских достижений 2022 г. эксперт выделил утверждение профессионального стандарта и первую сертификацию оборудования для КРК.

В целом российский рынок за год увеличился почти на порядок – с 270 млн до 2541 млн руб. (рис. 3). В отличие от мирового рынка рост практически полностью (2456 млн руб.) достигнут за счет инфраструктурных решений. Основные продукты – доверенные узлы для обмена квантовой информацией, устройства КРК-защиты для предприятий и магистральных линий. Например, в портфеле российской компании «Инфотекс», которая выпускает наиболее полный комплект решений, – квантовая криптографическая система выработки и распределения ключей VipNet Qandor, работающий в топологии «звезда» квантовый телефон VipNet QSS и устройства для развертывания доверенных узлов клиентских, распределительных и магистральных узлов сетей КРК VipNet QTN. Производят оборудование для КРК и петербургская компания «СМАРТС-Кванттелеком» и другие вендоры.

Прежде всего, существуют физические ограничения, обусловленные затуханием луча лазера в оптическом канале. Поэтому как минимум через 400 км нужно устанавливать повторитель, причем он должен находиться в доверенной среде. Над устройствами для работы в недоверенной среде ученые ломают головы, но пока прорывов нет. Но все же благодаря государственной поддержке инфраструктура строится.

Сложнее ситуация с предоставлением квантовых услуг. Оборудование дорогое, а большинство компаний исповедует принцип «пока гром не грянет, мужик не перекрестится». Квантового компьютера, способного взломать используемые средства криптографии (своего рода «черного лебедя»), пока нет, и не очевидно, что в ближайшие годы он появится. Теория взлома сообщений, зашифрованных с помощью алгоритма RSA, известна давно – достаточно применить квантовый алгоритм Шора и иметь компьютер с сотней тысяч кубитов. Но создание такого компьютера – задача крайне сложная. Сегодня самая мощная квантовая система обладает мощностью 433 кубита. 

Однако работы продолжаются, и повод для беспокойства есть. В декабре прошлого года группа китайских исследователей опубликовала методику взлома ключа RSA-48. Китайцы взяли за основу методику Клауса-Питера Шнорра и так оптимизировали алгоритм, что для дешифровки ключа RSA длиной 48 бит хватило 10-кубитного компьютера. Ученые утверждают, что при использовании их методики для взлома 2048-битного ключа понадобится всего 372 кубита. А такие квантовые компьютеры уже есть.

Статья вызывает вопросы, прежде всего в плане подготовки классических данных. Непонятна и открытая ее публикация, ведь обладание технологией дешифровки ключей дает стране большие преимущества. Например, ради сохранения тайны о взломе кода «Энигма», применявшегося немцами на протяжении всей Второй мировой войны, англичане даже шли на жертвы среди мирного населения, не принимая мер к защите городов.

Неудивительно, что государство, учитывая сложную геополитическую обстановку, проявляет беспокойство по поводу возможности существования засекреченного «черного лебедя». И готовит ответ в виде использования невзламываемых квантовых технологий и алгоритмов постквантовой криптографии.

«Не все квантовые разработки публичны. Теоретически квантовый компьютер может существовать в формате закрытой разработки и уже использоваться. Однако, скорее всего, мы видели бы признаки его работы. О ней свидетельствовали бы научные открытия, которые предшествовали созданию такой системы. Поскольку задача создания мощного масштабируемого многокубитного квантового компьютера все еще имеет научную составляющую и не все методы его разработки известны, считаю, что такая вероятность мала. Тем не менее важно действовать уже сейчас. Представим, что квантовый компьютер появится через 10 лет. Но есть данные, которые будут важны более длительный срок. Например, генетические данные сохраняют актуальность на протяжении всей вашей жизни и жизни ваших детей. Подобным данным должна быть обеспечена долгосрочная защищенность с учетом возможности атаки “сохрани сейчас – расшифруй потом”», – дал комментарий нашему изданию заведующий лабораторией квантовых технологий НИТУ «МИСиС» Алексей Федоров. 

Другие проблемы связаны с оборудованием, которое после введения санкций стало невозможно купить. Нужны аппаратные шифраторы и дешифраторы, лазеры, испускающие последовательности фотонов, и приемники, способные их принять и проанализировать. И это не говоря уже об используемых в устройствах процессорах «Байкал», которые оказались недоступны после того, как Тайвань присоединился к санкциям. Появилось понимание, что в дальнейшем придется полагаться только на свои силы. 

Впрочем, эксперты настроены оптимистично – процессы разработки отечественных устройств ускорились, успехи есть, существующие проблемы не остановят развитие квантовых технологий, которые мало-помалу уже входят в нашу жизнь.

Заметили неточность или опечатку в тексте? Выделите её мышкой и нажмите: Ctrl + Enter. Спасибо!

<< Предыдущая статья   Вернуться к содержанию   Следующая статья >>