By Майкл Гаффни опубликовано 19 окт 2022
Несмотря на то, что все больше государственных и частных организаций понимают возможности, создаваемые квантовыми технологиями, космос и его потенциальные угрозы по-прежнему кажутся многим традиционным специалистам по сетям и безопасности слишком «в будущем». К сожалению, ожидание решения этих проблем в будущем может подвергнуть коммерческие и правительственные организации в Соединенных Штатах потенциально катастрофическим нарушениям безопасности. Квантовые атаки такого типа могут произойти в не столь отдаленном будущем! По оценкам экспертов, квантовая технология, способная взламывать алгоритмы шифрования и перехватывать сообщения, станет возможной не позднее 2030 года.
Уязвимости существующих решений кибербезопасности
Государственные и частные организации в настоящее время полагаются на математические асимметричные алгоритмы аутентификации и установления ключей, которые являются жизненно важными компонентами кибербезопасности. Безопасность этих схем основана на предположении, что даже самым мощным классическим компьютерам невозможно решить определенные математические задачи (например, факторизацию больших чисел или вычисление дискретного логарифма). Квантовые компьютеры смогут легко решить эти проблемы, и поэтому, как только технология появится, защищенные системы, сети, коммуникации, устройства и данные станут прозрачными.
Можно подумать, что пройдет много лет, прежде чем угроза безопасности, исходящая от уникальной мощи квантовых вычислений, станет реальностью. Проблема по-прежнему остается в том, что сегодня хранится информация и данные, которые должны оставаться конфиденциальными в течение длительного периода времени, а внедрение новых решений требует времени. Существующая зашифрованная информация уязвима для реальной и непосредственной угрозы безопасности, известной как атаки «собери сейчас, расшифровай позже». Представьте себе злоумышленника, который получает доступ к хранящимся данным, которые зашифрованы на самом высоком уровне с использованием доступных сегодня технологий, сохраняет эти данные, а затем через несколько лет расшифровывает их с помощью квантовых компьютеров. По этой причине организациям следует исходить из того, что ВСЯ зашифрованная информация и сообщения, возникшие до того, как были приняты соответствующие контрмеры (независимо от состояния квантовых вычислений на тот момент), небезопасны.
Мониторинг других национальных государств
К сожалению, Соединенные Штаты отстают в подготовке к квантовой энергии. Из-за последствий для безопасности, связанных с квантовыми вычислениями, многие другие страны находятся в процессе или уже внедрили квантовые сети, в том числе те, которые используют беспилотные летательные аппараты и спутники. ,
Демонстрируя раннее и сильное лидерство в области квантовых возможностей и инфраструктуры, Китай инвестировал более 15 миллиардов долларов США в квантовые технологии. В 2019 году Иран открыл новую лабораторию квантовых технологий, первую в своем роде в Западной Азии и на Ближнем Востоке, в том же году, когда Россия сформулировала свою дорожную карту квантовых технологий, а Северная Корея начала разработку квантовых технологий для создания высокозащищенной линии командования и контроля. между Пхеньяном и ключевыми ракетными площадками. В 2021 году Россия объявила о разработке прототипа 4-кубитного ионного квантового компьютера, который в течение трех лет может стать основой будущего облачного квантового компьютера. Хотя правительство США недавно увеличило инвестиции в квантовые технологии посредством Закона о CHIPS, по-прежнему существует необходимость использовать это финансирование надлежащим и ускоренным образом, чтобы достичь квантовой безопасности и стать мировым лидером, когда дело доходит до квантовых технологий. Текущее и планируемое финансирование может различаться, но суть ясна: правительства всего мира стремятся первыми внедрить эту технологию.
Борьба с квантовой угрозой
В течение следующего десятилетия квантовые технологии будут быстро развиваться, и необходимо рассмотреть ряд контрмер. Основная идея пост-квантовой криптографии (PQC) состоит в том, чтобы заменить или дополнить используемые классические криптографические алгоритмы теми, которые считаются квантовобезопасными. Основное преимущество этого метода заключается в том, что он не опирается на квантовые сети и может быть развернут в существующих классических сетях и Интернете. К сожалению, некоторые алгоритмы PQC, разрабатывавшиеся более пяти лет, удалось взломать менее чем за несколько часов на обычном ноутбуке.
Квантовое распределение ключей (QKD) обычно относится к протоколам квантового распределения ключей «подготовки и измерения», которые работают и активируются квантовыми сетями подготовки и измерения (сети QKD). Этот метод имеет несколько преимуществ. Сами протоколы доказуемо безопасны, поскольку законы квантовой физики позволяют двум взаимодействующим сторонам обнаружить присутствие перехватчика, а системы QKD уже несколько лет коммерчески доступны от различных поставщиков. Основным недостатком QKD является то, что он требует развертывания дорогостоящих ресурсов (устройств QKD и оптоволокна), но позволяет использовать только одно приложение. Продукты QKD текущего поколения также имеют уязвимости, связанные с их аппаратной реализацией. Они подвержены атакам по побочным каналам. и полагаются на небезопасные ретрансляционные узлы на расстояниях более 150 км.
Quantum Secure Communications (QSC) устраняет недостатки и риски безопасности QKD. Хотя безопасность QSC также основана на законах квантовой физики, она опирается на другие квантовые явления, чем QKD. В то время как QKD полагается на технологию подготовки и измерения, QSC полагается на высококачественную распределенную запутанность. Эти протоколы квантовой безопасности, основанные на запутанности, запускаются и активируются квантовыми сетями, основанными на запутанности, и являются доказуемо безопасными. По природе этих протоколов и сетей QSC не сталкивается с уязвимостями аппаратной реализации. Хотя сети, основанные на запутанности, потребуют использования некоторых новых технологий, их не обязательно строить полностью с нуля. Эти сети используют существующую классическую инфраструктуру, например оптоволокно. Еще одним преимуществом и основным отличием QSC от QKD является то, что QSC работает в универсальной сети: распределенные квантовые вычисления и распределенное квантовое зондирование, среди других революционных приложений, могут работать в одной и той же инфраструктуре квантовой сети, обеспечивая дополнительную ценность для пользователя.
Рекомендация по контрмерам
QSC обеспечивает дополнительную безопасность и универсальность по сравнению с двумя другими мерами противодействия и должен быть частью любого рекомендуемого решения в будущем. Однако эти контрмеры не являются взаимоисключающими. Квантовая безопасная связь и постквантовая криптография могут использоваться вместе таким образом, что злоумышленнику потребуется взломать схемы каждой из них, чтобы получить доступ к защищенной информации.
Действовать сейчас
Хотя о квантовом компьютере, достаточно большом, чтобы взломать современное традиционное шифрование, еще не было публично объявлено, квантовая революция уже идет полным ходом. Прогресс, достигнутый в 2022 году, проясняет будущее: вопрос не в том, когда квантовая технология нарушит наши существующие протоколы безопасности, а в том, как мы можем лучше всего подготовиться к решению проблем квантовой технологии по мере того, как она достигает своего полного потенциала и даже дальше. Время действовать - сейчас.
Майкл Гаффни является руководителем государственного сектора Aliro Quantum, первая компания, занимающаяся квантовыми сетевыми технологиями. Гаффни недавно открыл представительство Aliro в Вашингтоне, округ Колумбия, для поддержки расширяющихся инициатив компании в правительстве и государственном секторе после карьеры в армейской разведке и многих лет внедрения облачных решений и решений безопасности для правительства.
Aliro Quantum станет золотым спонсором предстоящего Мероприятие IQT Quantum Cybersecurity в Нью-Йорке, 25–27 октября 2022 г.. Соучредитель Майкл Кубедду обсудит «Квантовую безопасность в армии» 26 октября.th.
