Цивилизация
— Расскажите, чем занимается Центр?
— Мы занимаемся новым типом коммуникаций – квантовыми. Эти технологии позволяют лучше защищать информацию. Уже сейчас можно наблюдать большое количество атак, утечек персональных данных и прочих минусов текущих технологий.
Когда мы шагаем в сторону ускорения вычисления за счет квантовых компьютеров, мы шагаем в эпоху лучшей защиты связи. Квантовые технологии могут стать основным двигателем следующей технологической революции.
В частности, в НИТУ «МИСиС» работают над стратегическим проектом «Квантовый интернет» при поддержке программы Минобрнауки России «Приоритет 2030». Мы исследуем и разрабатываем систему квантового распределения ключей (КРК), исследуем атаки на КРК и способы защиты от них.
Если говорить о конкретных проектах, то сейчас мы закончили разработку системы квантового распределения ключей с частотой приготовления квантовых состояний более 1 ГГц. В России до этого самая быстрая система была на 312,5 МГц, здесь мы увеличили частоту в четыре раза. Это большее количество вырабатываемого ключа в секунду, которое позволяет чаще менять ключи шифрования, что еще увеличивает защиту.
— Вы упомянули про способы защиты систем квантового распределения квантовых ключей, а какие есть риски?
— Основные риски существующих сейчас (не квантовых) систем защиты информации — это и рост вычислительных мощностей, которые могут применить для взлома криптоалгоритмов, и появление квантового компьютера, с помощью которого можно будет взломать существующие криптоалгоритмы. Никто не отменял и человеческий фактор — ключи шифрования можно скомпрометировать.
Системы квантового распределения ключей защищают от вышеописанных рисков, но и на них также возможны различные атаки. В основном атаки происходят на реализацию систем. То есть, с точки зрения физики и математики системы квантового распределения ключа являются абсолютно защищенными. Но когда мы делаем «железо» для них, то оно не идеально, и на эти неидеальности замыслы злоумышленников и нацелены.
Например, бывают атаки ослепления детектора. То есть, так как мы передаем информацию с помощью квантовых состояний, то разрабатываем детекторы одиночных фотонов. Это очень чувствительный прибор, и, если подавать на него очень яркий свет, детектор начинает «слепнуть» и ведет себя от этого некорректно, и злоумышленник может им управлять.
Заместитель директора Центра компетенций НТИ по направлению «Квантовые коммуникации» НИТУ «МИСиС» Игорь Павлов
Из личного архиваОсновные атаки, которые сейчас есть — это ослепление детекторов, атаки разделением числа фотонов (поскольку при формировании квантовых состояний ослабленными лазерными импульсами могут появиться два фотона вместо одного, злоумышленник может ответвить один из двух фотонов, а все однофотонные импульсы заблокировать), атаки с помощью «Троянского коня» (это когда мы в излучатель, источник одиночных фотонов, направляем яркий свет, и таким образом узнаем, как там работают модуляторы, и какой ключ будет на выходе).
— А когда квантовые системы связи будут широко внедряться?
— Согласно дорожной карте цифровой экономики по квантовым коммуникациям, 7 тыс. км к 2024 году и 15 тыс. км к 2030 году. То есть это уже больше 100 систем будут функционировать одновременно. Это можно считать первым большим шагом, в дальнейшем сеть будет развиваться шире.
— Что квантовые технологии дают обычному человеку?
— Все мы сталкиваемся с использованием банковских карт и мошенниками. Если доводить квантовые ключи до пользователя, то это позволит защищать денежные переводы, личную переписку, почту от злоумышленников.
— Когда это произойдет?
— Я думаю, что в первую очередь начнется все с государства и крупного бизнеса, дальше пойдет средний бизнес, и только потом технологию получат пользователи.
Скорее всего будет не конкретное устройство квантового распределения ключей на пользовательских устройствах, а какие-то способы получения этих ключей извне. То есть вы, условно, пришли в МФЦ, прислонили к какому-то устройству свой телефон и получили туда набор ключей. И вам этих ключей хватает на год, например. Возможно все будет по-другому. Сейчас это еще не сильно проработано у нас.
– К концу 2022 года специалисты QRate и ученые НИТУ МИСиС планировали разработать дешевую мини-систему квантовой связи — для бизнеса среднего уровня и рядовых потребителей. Как успехи?
— Опытный образец миниатюрного передатчика будет разработан к концу 2022 года. Затем начнется его подготовка к серийному выпуску, возможно, в 2023-2024 годах. Система должна снизить стоимость подключения абонента к квантовой сети, но первыми пользователями все равно будут представители крупного бизнеса.
– Сколько сейчас стоит внедрение квантовых коммуникаций?
— Сейчас системы стоят дорого (десятки миллионов рублей), но технология будет эволюционировать, как это было с обычными компьютерами, и через десятилетие, конечно, подешевеет, но насколько — судить пока трудно.
– Расскажите, пожалуйста, про идею спутниковой квантовой сети.
— У системы квантового распределения ключей по оптическому волокну есть ограничения по дальности работы. Есть системы, работающие на достаточно далекие расстояния, более 200 км, но скорость распределения ключей у них очень низкая. Так, чтобы соединить, например, Москву с Владивостоком, нужно построить очень дорогостоящую сеть.
Но есть второй вариант: использовать спутник, который по открытому пространству сначала распределит ключ с одной наземной станции, затем с другой, далее, зашифровав один ключ другим, передаст его на наземную станцию.
Спутниковая квантовая криптография позволяет преодолевать расстояния быстрее и дешевле. То есть, мы запускаем спутник, который распределяет квантовые ключи во Владивостоке, потом над Москвой. Дальше с помощью любых видов связи — мобильной, спутниковой, стационарной, интернета, — мы начинаем обмениваться информацией, зашифровав ее с помощью этих квантовых ключей.
Преимущество данных технологий заключается в том, что один спутник может соединить множество точек в России. Из минусов: для того, чтобы все это происходило, в местах, где мы хотим связывать, должны быть безоблачные ночи. Распределение на данный момент происходит только ночью, а в облачную погоду это делать невозможно.
— За счет чего возникают такие ограничения?
— Мы же распределяем ключи за счет одиночных фотонов, частиц света. Они просто рассеются на облаках и не дойдут до получателя, который в итоге не сможет получить ключ. Причем решить эту проблему невозможно.
— Кто занимается созданием спутника?
— Мы в рамках работ по НТИ делали наземный приемник, и также у нас есть партнер — компания, которая занимается как раз разработкой оборудования для спутника. Спутниками у нас занимаются «Роскосмос», «Газпром космические системы», а мы разрабатываем оборудование, которое на спутник будет устанавливаться.
— Когда будет запущен этот спутник?
— Первые запуски будут, наверное, в 2023 году уже. В данный момент китайский спутник уже несколько лет функционирует на орбите, и мы с помощью этого спутника, по договоренности с китайским университетом, распределяем квантовые ключи между нашими точками в академических целях, то есть для проверки оборудования.
— А можно ли таким образом квантовой сетью покрыть всю Землю?
— В принципе возможно, да. Ограничений для этого нет. Только пасмурность, опять же. Технологии развиваются достаточно быстро, но получается китайцы свой первый спутник отправили в 2016 году, и сейчас только собираются второй отправлять. Я думаю, что ближайшие 5 лет будут запуски больше академические, чтобы просчитать бюджет, оценить возможности технологии, плюс и минусы. Принятие решения о покрытии всей страны, например, такими спутниками, будет приниматься после того, как технология «обкатается».