Китайская государственная компания заявила о первом успешном звонке с поддержкой квантового шифрования на расстоянии в 1000 км. China Telecom Quantum Group испытала новую технологию для межрегиональной связи Пекина и Хэфэйя. Система использует «сквозное квантовое шифрование» для безопасной коммерческой связи.

Для защиты от внешних угроз учёные из China Telecom использовали два метода. Первый — квантовое распределение ключей (QKD). Он основывается на физике квантовых частиц. Фотоны отправляют по оптоволокну в определённом порядке и следят за их последовательностью. Если она осталась прежней, значит, третья сторона не получила доступ к информации.

Вторая линия защиты — постквантовая криптография (PQC). Квантовые компьютеры гораздо мощнее обычных и в будущем смогут взломать современные алгоритмы шифрования. Поэтому PQC основывается на вычислительно сложных задачах, трудных даже для квантовых компьютеров. Этот метод не требует специального оборудования. Его задача — повысить алгоритмическую сложность, чтобы успешно противостоять расшифровке.

China Telecom Quantum Group установила инфраструктуру в 16 крупных городах Китая, включая Пекин, Шанхай, Хэфэй и Гуанчжоу. Она станет основой для межрегиональной квантово-защищённой связи внутри страны. Среди них выделяется крупнейший в мире кластер Hefei Quantum. К нему подключены 500 государственных учреждений и 380 государственных компаний. Там установили 8 узлов, 159 точек доступа и провели почти 1150 км волоконно-оптической сети для передачи ключей шифрования.

Помимо этого, China Telecom Quantum Group анонсировала пару онлайн-платформ для бизнеса с поддержкой передовой криптозащиты. Первая из них называется Quantum Secret — сервис для работы и общения сотрудников с квантовым шифрованием. Вторая, Quantum Cloud Seal, отвечает за электронный документооборот (ЭДО), подписи, журнал хронологической последовательности записей аудита и систему управления персоналом (CRM).

Взлом шифрования с помощью квантовых компьютеров

С развитием квантовых технологий системы шифрования на основе открытого ключа станут менее надёжными, считает Пэн Чэнчжи, профессор Китайского университета науки и технологий и ведущий учёный компании China Telecom. Он призывает IT-компании сосредоточить внимание на создании квантово-устойчивой инфраструктуры, чтобы опередить возможные атаки с использованием новых технологий.

Так одной из главных угроз называют Q-Day — точку невозврата, когда мощные квантовые компьютеры смогут взломать большинство современных алгоритмов шифрования. Хотя до этого момента ещё очень далеко, сейчас мы наблюдаем за небольшими успехами квантовых компьютеров над современной криптозащитой.

Так команда учёных Шанхайского университета под руководством профессора Ван Чао заявила об успешной попытке взлома криптографических алгоритмов. Для работы над исследованием они использовали квантовый компьютер Advantage от канадского производителя D-Wave Systems. Учёным удалось взломать алгоритмы Present, Gift-64 и Rectangle.

Устройство от D-Wave Systems использует технологию квантовой нормализации. Её также называют квантовым отжигом, потому что процесс напоминает закаливание металла. Его нагревают до определённой температуры, а затем резко охлаждают. Процесс повторяется до тех пор, пока металл не станет крепким и чистым от примесей.

Похожим образом работает квантовый отжиг. Манипулируя частицами, он меняет энергетические состояния системы, пока не найдёт самое низкое. Именно оно и является лучшим решением задачи.

В модели квантового отжига на физическую модель (коей является массив кубитов) отображаются параметры решаемой задачи, после чего кубиты адиабатически (достаточно медленно) переводятся в основное состояние, которое и кодирует в себе искомое решение.

Перевод из официальной документации к D-Wave

Алгоритмы Present, Gift-64 и Rectangle относятся к SP-сети (Substitution-Permutation network), которая является частью AES-шифрования. Например, алгоритм AES-256 — международный стандарт шифрования с высокой степенью защиты. Его используют обычные пользователи, корпорации, государственные учреждения и даже военные. Однако до полноценного взлома AES-256 ещё очень далеко.

Также группе Ван Чао удалось факторизовать 90-битное целое число RSA. Защита этого алгоритма шифрования строится на том, что вычислительно сложно находить разложение произвольных больших чисел на простые множители. Это и есть факторизация. В RSA факторизовать требуется открытый ключ: большое число, которое является произведением двух простых. «Взлом этого алгоритма — достижение, которое не так давно считалось невозможным», — утверждает издание SCMP.

Ранние опыты связи с квантовым шифрованием

В прошлом China Telecom уже запускал подобные проекты. Так в начале 2021 года китайский мобильный оператор объявил о пилотной программе звонков с квантовым шифрованием. Эта услуга была доступна ограниченному числу клиентов в провинции Аньхой, входящей в топ-10 по плотности населения в Китае. Её появление подстегнула технологическая война против США. Обе страны пытались выиграть гонку в области квантовых компьютеров и связанных с ними услуг.

Для работы сервиса требовалось скачать фирменное приложение «безопасный квантовый звонок» и само устройство на платформе Android. По утверждению China Telecom, во время звонка они генерировали два секретных ключа с использованием квантовых технологий. Они были необходимы для идентификации личности звонящего и для информации о звонке. Сами вызовы были защищены сквозным шифрованием.

В том же году исследовательская группа Toshiba Europe продемонстрировала квантовую связь по оптоволокну на расстояние в 600 км. Прошлые проекты были ограничены 100-200 км. Проблема заключается в передаче кубитов на большие расстояния. Оптоволокно может сужаться из-за воздействия окружающей среды, например, колебаний температуры. Это приводит к потере сигнала.

Решением этой проблемы стала технология двухдиапазонной стабилизации. Учёные отправляли два опорных оптических сигнала на разных длинах волн вместе с кубитами. У первого сигнала длина волны компенсирует случайные изменения окружающей среды, а у второго — длина волны идентична оптическим кубитам. Это необходимо для точной настройки фазы света. Внедрение обоих методов позволило удерживать квантовый сигнал с точностью до десятков нанометров.

За последние 10 лет учёные увеличили возможность квантовой связи со 100 до 1000 км. Появились криптозащищённые сервисы и технологии для бизнеса и физических лиц. Исследовательские компании полагают, что рост вычислительной мощности квантовых компьютеров приведёт к появлению новых способов защиты от кибератак, стартапов, патентов и рабочих мест.

Аналитики из Juniper Research считают, что доход от коммерческого использования квантовых технологий вырастет с $2,7 млрд до $9,4 млрд к 2030 году. Консалтинговая компания McKinsey & Company сделала более долгосрочный прогноз. По их мнению, к 2040 году суммарный объём рынка квантовых компьютеров и сервисов достигнет $173 млрд.

НЛО прилетело и оставило здесь промокод для читателей нашего блога:

-15% на заказ любого VDS (кроме тарифа Прогрев) — HABRFIRSTVDS.