Квантовый интернет: 3 главных тренда развития новой связи

Первый тренд — глобальный переход к квантово-устойчивой коммуникации

Во многих странах, в том числе в России, создаются мощные квантовые компьютеры. Многие эксперты сходятся во мнении, что в ближайшие годы должна появиться сверхпроизводительная машина, способная поставить под угрозу безопасность классической криптографической системы. А значит надёжность привычных протоколов связи окажется под вопросом. Защитить их от взлома помогут те же квантовые технологии. Вот почему крупные компании уже сегодня вкладываются в разработку и внедрение решений в наиболее зрелую сферу квантовых коммуникаций — квантовое распределение ключей (КРК). Этот метод позволяет двум сторонам обмениваться криптографическими ключами, безопасность которых обеспечивается законами квантовой физики, а не скомпрометированными алгоритмами. Несколько российских компаний (ИнфоТеКС, СМАРТС-Кванттелеком, КуРэйт и другие) уже наладили серийное производство систем КРК. 

Первый экспериментальный прототип квантового интернета создан в Китае. В 2023 году развёрнутый квантовый канал связи протяжённостью 64 км выдал рекордную скорость передачи данных — 7,1 кбит/с Фото: © panumas nikhomkhai / Shutterstock / FOTODOM

Обеспечить устойчивость к компьютерным атакам с применением квантового компьютера поможет разработка учёных Университета «Сириус» на основе авторских постквантовых алгебраических алгоритмов ЭЦП (SDK-постквантовая ЭЦП «Сириус»). Это один из первых инструментальных комплексов разработчика квантово-устойчивых приложений экономики данных РФ. Новое решение повышает потенциально достижимый уровень криптографической стойкости и производительности алгебраических алгоритмов ЭЦП с двумя скрытыми коммутативными группами.

В 2019 году в России началась реализация плана развития квантовых коммуникаций и квантовых вычислений, которые затрагивают и сферу кибербезопасности.

Другим перспективным подходом к защите от хакерских атак является постквантовая криптография — разработка алгоритмов шифрования, устойчивых к атакам как классических, так и квантовых компьютеров. 

#Сириус #кибербезопасность #компьютеры #квантовые технологии

Квантовые технологии в России: от ВКС до защиты от квантовых кибератак

Читать

Второй тренд — формирование сервисной модели услуг квантово-устойчивой связи

Очевидно, в ближайшие годы будет расти число организаций, которые захотят использовать защищённую с помощью квантовых технологий систему передачи информации. Для этого понадобятся сложноорганизованные сети, по которым пользователи будут получать и отправлять данные, зашифрованные с помощью квантовой криптографии (многоузловые квантовые сети, гибридные квантовые сети, квантовый интернет и другие).

Эксперты прогнозируют, что квантовый компьютер ощутимо повысит качество работы искусственного интеллекта, особенно в вопросах обеспечения кибербезопасности Фото: © kittirat roekburi / Shutterstock / FOTODOM

Так, в Китае уже работает первая в мире система связи, устойчивая к атакам квантовых компьютеров. Система от China Telecom Quantum Group разворачивается в 16-ти городах Китая, обслуживая сотни госструктур и корпораций через специализированные сервисы. В России квантовые коммуникации развивает «РЖД». С 2026 года железнодорожный перевозчик планирует предоставлять внешним абонентам (через операторов и интеграторов) квантово-защищённые услуги связи и сервисную поддержку. Речь идёт о ключевых отраслях экономики. Компания и её партнёры создают линию квантовой коммуникационной сети, длина которой уже свыше 7000 км. В течение пяти лет она станет вдвое больше. 

В 2025 году китайские учёные за 168 часов беспрерывной работы обеспечили устойчивую передачу квантовых данных со скоростью 2,38 кбит/с

На данный момент экосистема развития квантовых коммуникаций в России насчитывает более 180 участников. Создаваемые федеральные магистральные сети защищённой квантовой связи станут основой для соответствующих сетей общего пользования. Судя по всему, связующим звеном в этой цепи станут телекоммуникационные компании.

Третий тренд — интеграция квантовых и цифровых технологий

Сочетание квантовых и смежных передовых технологий в скором времени позволит выйти на принципиально новый уровень решений. Например, при комбинировании их с умными устройствами интернета вещей. Применение квантовых датчиков и квантово-устойчивых каналов связи открывают широкие возможности в этой сфере. Новые методы шифрования будут использоваться в блокчейн-системах и облачных вычислениях. Пример: российская платформа «Конфидент» — прототип квантово-устойчивого блокчейна на отечественных постквантовых алгоритмах.

«Конфидент» — блокчейн-платформа для построения государственных и корпоративных информационных систем Изображение: © ООО «Веб3 Интегратор»

Для увеличения точности моделирования динамики поведения блокчейн-систем в условиях квантовых атак учёными Университета «Сириус» разработан QUBO-решатель, или квантовый симулятор. Это инструмент для решения задач оптимизации в области информационной безопасности так называемой сверхсложности и индустриальной размерности. По мнению экспертов, сложность оптимизационных задач обеспечения квантовой устойчивости национальных блокчейн-экосистем и платформ в том, что они очень растянуты во времени. Из значимых эффектов разработки отмечается получение оптимальной конфигурации средств защиты и самовосстановления для различных состояний блокчейн-платформ и экосистем.

За два года в Научно-технологическом университете «Сириус» разработали несколько уникальных решений в сфере информационной безопасности, среди которых:  

— инструмент для оптимизации криптографической подсистемы защиты национальных блокчейн-платформ и экосистем на основе ИИ и эволюционных алгоритмов. Реализован подход, подобный естественному отбору: сначала создаётся множество возможных альтернатив защиты, потом их оценивают по оперативности, трудоёмкости и безопасности, а затем выбираются лучшие. При этом алгоритмы машинного обучения используются для прогнозирования оперативности и стойкости разрабатываемых криптопримитивов;

— инструмент для генерации хаотических последовательностей для защиты цифровых подписей национальных блокчейн-платформ и экосистем. Он создаёт сложные, почти случайные, последовательности чисел на основе теории хаоса. Эти последовательности используются в криптографии, чтобы сделать подписи более устойчивыми к взлому. Система анализирует уровень хаотичности — энтропию — и сравнивает разные методы генерации, выбирая лучшие;

 — защищённая среда для криптографических операций. Этот набор инструментов создаёт изолированную среду, куда невозможно проникнуть даже при взломе основной системы. Там безопасно хранятся ключи, генерируются подписи и проверяются данные. Такая среда защищает от атак на уровне операционной системы и утечек информации через побочные каналы и позволяет выполнять криптографические операции.

«Существенно, что в условиях нарастающих квантовых угроз безопасности информации наши инструменты позволяют эффективно проектировать, создавать и внедрять квантово-устойчивые приложения и цифровые платформы Экономики данных Российской Федерации. Это особенно важно для обеспечения информационной безопасности объектов критической информационной инфраструктуры (КИИ), включая финансово-кредитный сектор, производственную сферу а также разнообразные государственные информационные системы», — рассказал руководитель группы «Квантовая информатика и информационная безопасность» Научного центра информационных технологий и искусственного интеллекта Университета «Сириус» Сергей Петренко.

Если опираться на оптимистичные прогнозы, то через десять лет объём мирового рынка квантовых технологий достигнет 72 млрд, а к 2040 — 131 млрд Изображение: © TechAnimationStock / Shutterstock / FOTODOM

Для технологических прорывов зачастую требуется государственное участие. Помимо финансирования исследований и поддержки малых инновационных компаний, в разных странах принимаются госпрограммы, а также проводится стандартизация алгоритмов и протоколов, необходимая для широкого применения решений на базе квантовых технологий, в том числе в сфере информационной безопасности.

В материале использованы данные аналитического отчёта «Применение квантовых технологий в сфере информационной безопасности» по состоянию на 2025 год, подготовленного АНО «Цифровая экономика» при поддержке Минцифры России.