양자통신이란
기본부터 시작해서 문구 자체를 살펴보는 것이 좋습니다. 그는 가지고있다
기술 내에서 가장 발전된 방향- 양자 암호화, 더 정확하게는 양자 키 배포. 이것은 암호화에 사용되는 원격 사용자 간에 공유 비밀 키를 생성하는 것을 목표로 하는 일련의 방법입니다.
양자통신의 또 다른 임무는 전송이다.양자 컴퓨터 간의 양자 정보. 기술은 분산형 양자 컴퓨팅의 개발, 즉 일부 하위 작업을 해결하고 서로 데이터를 전송하는 중앙 양자 컴퓨터와 많은 주변 장치의 생성을 향해 원활하게 이동하고 있습니다. 이에 대한 대안은 상호 연결된 원격 양자 프로세서 세트일 수 있습니다. 2021년 2월, 독일 연구자 그룹은 두 개의 모듈형 양자 프로세서 간에 양자 정보를 전송할 수 있는 가능성을 시연했습니다. 실험 결과는 사이언스 저널에 게재됐다. 이는 여러 장치를 네트워크로 결합해 양자컴퓨팅 기술의 위력을 높일 수 있음을 보여준 기술 발전의 중요한 단계다.
흥미로운 기술적 특징은사실 양자 컴퓨터에서 특정 문제를 해결하는 데 가장 효과적으로 적합한 플랫폼을 선택하면 양자 정보 교환을 통해 모든 것이 분명해집니다. 광자, 즉 빛의 입자가 가장 잘 작동합니다. 사실상 대안이 없습니다. 따라서 연구자들은 요소 기반이 무엇인지 이미 알고 있습니다. 유일한 어려움은 예를 들어 초전도 양자 컴퓨터 작동의 일부로 발생하는 양자 정보가 어떻게든 장거리로 전송될 수 있는 광자로 변환된다는 것입니다. 그리고 다시 양자컴퓨터가 접근할 수 있는 형태로 변환한다. 양자암호가 매우 높은 준비 단계에 있는 분명한 기술 전선이라면, 양자 컴퓨터 간의 양자 정보 교환과 관련된 양자 통신 분야는 상당히 초기 단계에 있는 큰 과제입니다.
양자 컴퓨팅에서는 일반적인 관행입니다.양자 볼륨에 대해 이야기하면 큐비트 수와 작업 정확도가 향상됩니다. 광범위한 맥락에서 양자 통신에는 아직 단일 측정항목이 없습니다. 양자 암호화에서 과학자들은 모든 거리에서 키 생성 속도에 중점을 둡니다. 대부분의 경우 50km의 키 생성 속도가 고려되므로 다양한 장치를 비교할 수 있습니다. 때로는 키 생성을 위한 최대 거리와 같은 몇 가지 제한적인 특성도 연구합니다.
철도 수량
철도 운송 시스템 주변에는 양자 통신(암호화 포함)이 유용할 수 있는 여러 영역이 있습니다.
먼저 광섬유에 대한 이야기입니다.케이블. 광섬유 케이블은 양자 정보를 전송하는 주요 도구 중 하나입니다. 양자 암호화에서는 암호화 키를 형성하는 광자를 전송하는 데 사용합니다.
둘째, 철도 인프라 자체 -보호해야 하는 복잡한 기술 개체 집합입니다. 이상적으로는 철도 노선을 따라 키를 양자적으로 분배하면 이러한 양자 키를 사용하여 철도 산업에서 발생하는 정보 보안 문제를 해결할 수 있습니다.
그리고 마지막으로 많은 철도 노선 -사람의 수송뿐만 아니라 다양한 데이터의 대량 수송. 예를 들어, 러시아 철도의 주력 프로젝트 중 하나인 모스크바 - 상트페테르부르크. 경로의 가치는 분명합니다. 모스크바와 상트페테르부르크에 엄청난 수의 데이터 사용자가 있습니다. 그들은 보호해야 할 의미 있는 정보를 대량으로 교환하므로 양자 암호를 사용하는 아이디어는 의심할 여지 없이 경제적으로 정당합니다.
일반적으로 양자 분포의 구현100km 이상의 거리에 있는 두 지점 A와 B 사이의 키는 A에서 B로 가는 경로에 중간 신뢰 노드를 추가하여 수행됩니다. 이러한 네트워크를 "백본"(영어로 백본)이라고 합니다. - "하이테크"). 링 구조는 세계에서도 가능합니다. 링의 일부가 실패하면 정보를 링의 다른 부분으로 보낼 수 있습니다. 스타 시스템 설계로 중앙 사무실과 주변 장치 아키텍처가 작동하므로 분산 아키텍처에 적합합니다. 베이징-상하이 네트워크와 같이 분기된 폐쇄형 및 개방형 구조가 있을 수 있습니다. 이것은 일련의 장거리 네트워크가 있는 일종의 "백본"입니다.
양자 및 양자 후 암호화
암호화가 다음과 같다고 가정하지 마십시오.금융 또는 은행 부문의 회사에만 해당되며 모든 사람과 관련이 있습니다. 우리가 사용하는 정보 중 일부는 실제로 가치가 높기 때문에 우리 모두는 암호화된 형태로 데이터를 교환해야 합니다. 예를 들어, 신용 카드를 사용하여 인터넷에서 구매하려고 합니다. 이렇게 하려면 어떻게든 신용 카드 정보를 은행으로 전송해야 하지만 은행은 돈을 상쇄할 수 있지만 공격자는 그렇지 않습니다.
암호화 패러다임은 다음과 같은 사실에 기초합니다.변환은 공격자에게 알려져 있습니다. 즉, 그는 우리가 암호화하는 방법을 알고 있지만 유일한 비밀 암호화 매개변수인 암호화 키는 모릅니다. 이는 암호화 주기를 구현하려면 정보 수신자와 암호화 키를 어떻게든 교환해야 함을 의미합니다.
열쇠를 어떻게 이전할 수 있나요?이 문제를 해결하기 위해 국가 및 회사 차원에서 특수 택배가 사용되었습니다. 이 방법은 예를 들어 외교관에 의해 오늘날까지 부분적으로 구현됩니다. 이 접근 방식의 단점은 명백합니다. 복잡하고 경제적으로 실현 가능하지 않으며 기능적으로 매우 소수의 작업에만 적합합니다. 이 방법으로는 인터넷에서 책을 구입할 수 없습니다.
70~80년대 중반쯤 새로운개념은 공개 키 암호화입니다. 몇 가지 수학적 절차를 구현하여 암호화 키를 생성할 수 있다는 아이디어입니다. 따라서 합법적인 사용자인 우리는 숫자 곱셈과 같은 효율적인 수학 연산만 수행하면 됩니다. 공격자가 키에 액세스하려면 숫자를 소인수로 인수분해하는 등 복잡한 작업을 구현해야 합니다.
이 개념은 오늘날에도 여전히 훌륭하게 작동하지만어느 시점에서, 충분히 강력한 양자 컴퓨터가 등장하는 순간, 숫자를 소인수로 인수분해하는 것과 같은 문제를 기반으로 구축된 현재 세대의 알고리즘은 더 이상 안정적이지 않을 것이라는 것이 분명해졌습니다. 양자 컴퓨터의 출현으로 암호화의 주요 취약 요소는 키 배포 및 디지털 서명이 될 것이기 때문에 암호화 키를 생성하는 새로운 수단이 필요합니다.
두 가지 근본적으로 새로운 접근 방식이 있습니다.문제 해결. 첫 번째는 양자 암호, 즉 양자 키 배포(앞서 설명한)입니다. 양자 암호화는 다음과 같이 작동합니다. 정보 비트를 단일 양자 상태의 빛(광자)으로 인코딩하여 전송합니다. 전송 오류 정도에 따라 침입자의 침입 정도를 즉시 파악할 수 있습니다. 오류율이 특정 임계값을 초과하지 않으면 단축된 키에 대한 인터셉터 정보가 무시할 수 있도록 특별한 방식으로 키를 단축할 수 있다고 말합니다. 이 절차를 "강화"라고 하며 최종 비밀 키를 얻는 데 필요합니다.
따라서 우리는 분배 문제를 해결합니다.침입자가 양자 컴퓨터를 가지고 있다면 양자 암호는 양자 컴퓨터로 깨질 수 없기 때문에 암호 키. 이점: 기본적인 물리 기반 보안. 단점: 키 생성의 거리, 비용 및 속도에 대한 제한. 양자 키 분배 시스템은 복잡한 하드웨어 및 소프트웨어 시스템이라는 점도 중요합니다. 양자 생성 키의 보안이 양자 역학의 공리를 기반으로 입증되었음에도 불구하고 특정 물리적 구현에는 항상 취약성의 위험이 있습니다.
두 번째 접근 방식 - 포스트 퀀텀 암호화 - 아이디어숫자를 소인수로 분해하는 문제가 아니라 다른 복잡한 수학적 문제를 기반으로 하는 새로운 비대칭 암호화 알고리즘의 생성, 이 솔루션의 솔루션에서는 양자 컴퓨터가 아무런 이점이 없습니다. 예를 들어 해시 함수의 충돌을 검색합니다. 포스트 퀀텀 프리미티브(post-quantum primitives)라고 하는 것과 같이 키의 서명이나 배포를 구축하면 양자 컴퓨터를 사용하여 공격으로부터 스스로를 방어할 수 있다는 것이 밝혀졌습니다.
오늘날에는 포스트 양자 암호화로 충분합니다잘 개발되었습니다. 상용 라이브러리, 솔루션, 제품이 이미 제시되어 있습니다. 이제 기술은 표준화 단계를 거치고 있습니다. 러시아와 세계 모두 어떤 솔루션을 표준화할지 결정하는 과정이 있습니다. 나는 2024년이 되면 기준이 확정될 것이라고 생각한다. 기술의 장점: 단순성과 빠른 통합 속도(소프트웨어에 대해 이야기하고 있기 때문에), 정기적인 소프트웨어 업데이트. 오늘날 이미 이러한 솔루션은 기업 사용자와 개인(웹, 모바일 및 데스크톱 애플리케이션)의 광범위한 서비스 및 애플리케이션의 귀중한 데이터 보호를 강화하는 데 사용됩니다. 가장 큰 단점은 포스트퀀텀 암호화의 비밀성이 여전히 특정 종류의 수학적 문제를 해결하는 어려움에 대한 일부 가정에 기초하고 있다는 것입니다. 포스트 양자 알고리즘을 해킹할 수 있는 "포스트 퀀텀" 컴퓨터가 나타날 것이라는 가설적인 확률은 항상 존재합니다. 양자 키 분배와는 다릅니다. 여기에는 근본적으로 입증 가능한 강점이 없습니다. 이러한 알고리즘은 강점의 관점에서 계속 연구되고 있습니다.
이 두 가지 기술이 가능하다는 점은 주목할 가치가 있습니다.아주 잘 결합되었습니다. 따라서, 예를 들어 대기업의 데이터 센터 간 부하가 높은 백본 데이터 전송 채널을 양자 암호화를 사용하여 보호할 수 있습니다. 그리고 천 루블에 대한 우리의 서신이나 은행 거래는 포스트 양자 암호화를 사용하여 수행됩니다. 즉 양자암호와 포스트양자암호를 반대할 것이 아니라 시너지 기술로 생산적으로 생각해야 한다는 것이다. 단지 하나는 인프라와 관련된 스택 레이어에 더 중점을 두고 있고, 다른 하나는 사용자와 관련된 것입니다.
양자 암호화 표준은 또한형성되고 있습니다. 표준은 구체적인 프로토콜, 즉 어떤 양자 상태를 취해야 하는지, 어떻게 준비하고 측정하는지, 다음에 무엇을 해야 하는지에 대한 구체적인 방법이 될 것입니다. 지금까지 표준 후보는기만적인 상태를 가진 BB84 프로토콜입니다. 이 프로토콜은 비밀 키 생성을 보장합니다. 그러나 새로운 프로토콜이 끊임없이 등장합니다.
양자 블록체인과 스타트업
최근 몇 년 동안 많은 관심이 기울여졌습니다.블록체인 기술 - 분산 데이터베이스를 관리하는 기술입니다. 블록체인은 두 가지 중요한 암호화 도구를 사용합니다. 첫째, 블록으로 보내려는 거래의 소유권을 확인하기 위한 전자 서명입니다. 둘째, 합의를 이루기 위한 다양한 방법이다. 예를 들어, 작업 증명(영어로 작업 증명 - "High-Tech") 방법 중 하나는 암호화 해시 함수를 기반으로 합니다.
블록체인은 양자 컴퓨터에 취약하다.특히 양자 컴퓨터 공격에 저항하지 않는 전자 서명 및 합의 메커니즘을 사용하는 경우 더욱 그렇습니다. 그러나 이러한 공격에 저항하는 블록체인, 즉 양자 보안(양자) 블록체인을 만드는 것이 가능합니다. 양자 블록체인은 양자 또는 포스트 양자 암호화(또는 이들의 조합)를 사용하며 서명과 합의가 양자 컴퓨터에 대한 저항력을 높일 수 있도록 합니다.
러시아 사용자의 관심에 따라2~3년 후 국내에서 양자 블록체인의 등장을 기대할 수 있다. 초기에는 미래에 분산 시스템이 만들어질 양자 통신망의 인프라를 구축하는 것이 필요하다.
양자통신이 가장 대중적러시아 신생 기업의 작업 방향. 기존 정보 보안 공급업체인 대기업의 여러 부서가 시장에서 운영됩니다. ITMO 대학, Quanttelecom, 정보 보안 전문 회사 부서, InfoTeKS 및 Cryptosoft를 기반으로 하는 신생 기업입니다. QRate는 2017년부터 러시아 양자 센터의 스핀오프입니다. 스타트업은 보조금과 민간 투자로 일할 가능성이 더 큽니다. 러시아에서의 벤처 거래는 아직 저에게 알려지지 않았습니다.
사물 인터넷과 양자 보안
다양한 사물 인터넷 장치 - 센서 -고전적일 수도 있고 양자적일 수도 있습니다. 기밀 정보가 포함된 클래식 센서, 사물 인터넷 장치, 제어 게이트웨이 세트가 있다고 가정해 보겠습니다. 이들을 서로 연결하려면 암호화 보호 프로토콜, 즉 양자 통신이 필요합니다.
이 방향으로는 지금까지 오직개별 요소나 장치를 보호하는 프로토타입 – 산업 규모에 대해 이야기하기에는 아직 이르습니다. 첫째, 세상은 방향의 가치를 이해하고 보호가 필요한 사물인터넷 기기를 선택해 양자통신을 효과적으로 구현해야 한다. 또한, 여러 가지 기술적 장벽을 극복해야 합니다.
오늘은 정확히 무엇인지 완전히 명확하지 않습니다사물 인터넷은 이렇게 높은 수준에서 보호되어야 합니다. 그러나 사물인터넷 기술이 확산되면서 정보의 가치와 해킹의 가치도 높아질 것입니다. 이론적으로 해킹은 완전 자동화된 생산에서 특히 위험할 수 있습니다. 따라서 센서가 의사결정센터에 잘못된 정보를 전송하면 잘못된 의사결정이 내려지게 되며, 이러한 공격으로 인한 경제적 피해는 상당히 클 수 있습니다.
양자 통신이 곧 적용될 5가지 산업
- 재원.은행은 신기술을 가장 먼저 채택하는 기업입니다.
- 공공 부문.여기서 통신은 사용자 데이터, 정부 시스템, 선거, 즉 높은 수준의 보호가 중요한 모든 영역과 관련됩니다.
- 통신.원격 정보 저장 서비스(좋은 보호도 중요합니다). 저장용 데이터는 양자 방식을 사용해 암호화할 수 있습니다.
- 약.세계는 점점 더 많은 유전자 데이터를 수집하고 있으며,사람의 전체 수명과 특징을 결정합니다. 많은 국가에서 개인의 유전자 데이터의 일부에 법적 효력을 부여하여 이를 여권 데이터와 동일시하는 프로세스가 이미 진행 중입니다. 공격과 조작으로부터 보호하는 것도 중요합니다.
- 에너지.대규모 인프라, 자동화 시스템, 에너지 전송의 관리를 보호하는 것이 중요합니다. 암호화는 이미 이러한 시스템의 여러 지점에서 사용되고 있습니다.
세계와 러시아의 양자 통신
전 세계의 양자 통신이 일부가 되었습니다.양자 기술에 관한 국가 프로그램. 전문가들은 중국이 세계의 선두주자라고 생각하지만, 유럽연합에서도 커뮤니케이션이 활발히 발전하고 있습니다. 일본 회사인 Toshiba는 케임브리지에 실험실을 유지하고 있으며 영국과 미국에서 여러 프로젝트가 진행되고 있습니다(그러나 후자는 여전히 양자 컴퓨팅에 더 중점을 두고 있습니다).
러시아의 양자 통신 영역은 다음과 같습니다.투자 매력. 오늘날 러시아 양자 암호화의 기술 수준은 글로벌 수준과 비슷하며 키의 사후 처리를 위한 일부 솔루션은 세계 대응 솔루션보다 더 좋아 보입니다.
상당히 젊은 기술과 마찬가지로,양자 통신은 광범위한 개발에 어려움을 겪습니다. 양자컴퓨터를 이용해 귀중한 정보를 해킹하거나 도난당하는 선례가 세상에 나올 때까지 양자암호는 보험에 더 가깝다. 사람들은 그 잠재력이 완전히 실현되고 있는지 이해하지 못하며, 이는 결국 투자 유치를 어렵게 만듭니다. 잠재력을 입증하려면 적어도 하나의 해킹이 필요합니다. 또한, 공개하자면 러시아 시장에는 로드맵과 같은 프로젝트가 부족합니다. 장치를 대량 생산하고 이를 개선하려고 시도합니다.
모든 회사가 다음 여부에 대한 데이터를 공개적으로 공유하는 것은 아닙니다.그들의 솔루션은 개발 단계입니다. QRate는 산업용 준비가 완료된 완제품을 보유하고 있으며, 예를 들어 Gazprombank와 같은 잠재 고객이 이를 테스트하고 있습니다. Sber는 또한 1년 동안 내결함성을 위해 회사 시스템을 테스트했습니다. 이 스타트업은 광섬유 구현에 중점을 둔 양자 통신 기술을 개발하고 있습니다.
2020년 12월 착공주요 양자 네트워크 모스크바 - 러시아 철도의 상트페테르부르크. 이것은 100-200km 거리의 세그먼트로 구성되는 선입니다. 신호 전송 손실을 줄이고 노드에서 신호를 재암호화하는 데 필요합니다. 네트워크에서 기존의 신뢰할 수 있는 노드는 양자 중계기가 아직 충분히 개발되지 않았기 때문에 사용됩니다(큰 과학적 문제 중 하나). 일반적으로 이 네트워크는 모스크바와 상트페테르부르크 사이에 대량의 데이터가 순환하는 양자 통신 분야에서 경제적으로 실행 가능한 프로젝트의 한 예입니다. 네트워크는 무엇보다도 무인 삽산과 제비를 제어하는 통신 채널을 보호하는 데 도움이 될 것입니다.
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