Шифрование с помощью квантовых компьютеров – что это такое

Россия+7 (910) 990-43-11
Обновлено: 2020-08-09

Квантовые компьютеры могут быстро решать очень сложные задачи – даже те, решение которых «не по зубам» современному суперкомпьютеру. Конечно, большинство из этих проблем оторваны от современных реалий, а сами квантовые системы весьма ограничены. Тем не менее, эволюция продолжается, и эта технология может однажды захватить наш мир.

Давайте посмотрим, как квантовые компьютеры повлияют на нас и наши данные.

Шифрование данных в основе интернет-безопасности

Основой защиты данных на компьютерах и в Интернете является шифрование. Оно включает в себя использование определенного набора правил и символов, известного как ключ, который преобразует информацию, подлежащую отправке, в кажущееся бесполезным сочетание символов. Чтобы понять, что отправитель хотел сказать нам, эту смесь необходимо расшифровать, для чего вам и нужен вышеупомянутый ключ.

Передача зашифрованных данных из рук в руки с помощью ключа

Одним из простейших примеров шифрования является шифр с заменой, в котором каждая буква заменяется цифрой (например, 1 для A, 2 для Б и т.д.). При таком шифровании слово «баобаб» становится «2 1 16 2 1 2», а ключом является алфавит, в котором каждая буква представлена цифрой. На практике используются более сложные методы, но общий принцип остается более или менее неизменным.

Если, как в нашем примере, все стороны используют один ключ, шифр является симметричным. Перед началом связи каждый должен получить этот ключ, чтобы иметь возможность зашифровать свои собственные и расшифровать чужие сообщения. Более того, этот ключ необходимо отправить в незашифрованном виде (получателям пока нечем его расшифровать). И если это происходит через Интернет, он может быть перехвачен злоумышленниками, которые смогут прочитать секретные сообщения.

Чтобы преодолеть эту проблему, некоторые алгоритмы шифрования используют два ключа: один закрытый для расшифровки и один открытый для шифрования сообщений. Получатель создает оба. Закрытый ключ никогда не передается, поэтому его нельзя перехватить.

Второй ключ – открытый, может использоваться любым человеком для расшифровки информации, но для этого у него должен быть соответствующий закрытый ключ. По этой причине вам не нужно беспокоиться об отправке открытого ключа в незашифрованном виде или даже публикации в Интернете, где его может увидеть каждый. Этот тип шифрования называется асимметричным.

В современных системах шифрования эти ключи обычно имеют вид очень больших чисел, а сами алгоритмы основаны на очень сложных математических операциях над этими числами. Более того, обратить эти операции практически невозможно. Поэтому наличие открытого ключа ничего не даёт.

Квантовое нарушение кода

Однако, есть одна загвоздка. Криптографические алгоритмы предназначены для предотвращения взлома шифра в разумные сроки. Это поле, где квантовые компьютеры вступают в игру. Они могут работать с числами намного быстрее, чем традиционные компьютеры.

Следовательно, необоснованное количество времени, которое потребуется традиционному компьютеру для взлома шифра, может быть разумным для квантового компьютера. И если код подвержен взлому квантовым методом, это противоречит самой идее его использования.

Защита от квантового шифрования

Если мысль о богатых преступниках, оснащенных квантовым компьютером, который однажды расшифрует и украдет ваши данные, заставляет вас вздрогнуть, вы можете вздохнуть с облегчением: эксперты в области информационной безопасности уже занимаются этим вопросом.

На сегодняшний день существует несколько основных механизмов защиты пользовательской информации от посторонних лиц:

  • Традиционные алгоритмы шифрования, устойчивые к квантовым атакам. В это может быть трудно поверить, но сегодня мы используем методы шифрования, которые могут противостоять квантовым компьютерам. Например, популярный алгоритм AES, используемый в мессенджерах, таких как WhatsApp или Signal, он довольно устойчив – квантовые компьютеры ускоряют процесс взлома, но недостаточно. Они также не представляют серьёзной угрозы для многих других симметричных шифров (то есть тех, которые используют один ключ), хотя на них всё ещё влияет вышеупомянутая проблема с распределением ключей.
  • Алгоритмы, предназначенные для защиты от квантовых атак. Математики уже разрабатывают новые алгоритмы шифрования, которые устойчивы к квантовым технологиям. К тому времени, когда киберпреступники вооружатся квантовыми компьютерами, инструменты защиты данных, вероятно, будут очень продвинутыми.
  • Шифрование с использованием нескольких методов одновременно. Это достойное решение, которое доступно сегодня и включает в себя многократное шифрование ваших данных с использованием различных алгоритмов. Даже если злоумышленник сломает один уровень, ему придётся справиться со всеми из них.
  • Квантовые технологии используются друг против друга. Использование симметричных шифров, которые, как мы уже знаем, менее подвержены квантовому взлому, может быть более безопасным благодаря системам распределения квантовых ключей. Такие системы не гарантируют защиту от хакеров, но уведомят вас, когда информация будет перехвачена, поэтому, если ключ шифрования будет украден во время его передачи, он может быть отозван и отправлен новый. Конечно, для этого требуется специальное оборудование, но оно уже доступно и работает в некоторых государственных организациях и частных компаниях.

Это не конец безопасности

Хотя может показаться, что квантовые компьютеры могут взломать шифры, которые слишком сложны для традиционных компьютеров, на самом деле они не настолько всесильны. Кроме того, технологии защиты уже разрабатываются и будут готовы к предстоящим атакам.

Шифрование как концепция вряд ли рухнет; некоторые алгоритмы будут постепенно заменять другие, что, в конечном итоге, имеет свои преимущества. Фактически, это происходит сегодня, потому что, как мы уже говорили, эволюция всё ещё продолжается.


5.0/2