Шта је квантна комуникација
Предлажем да почнете са основама и погледате саму фразу. Он има
Најразвијенији правац у оквиру технологије- квантна криптографија, или, тачније, дистрибуција квантних кључева. Ово је скуп метода чији је циљ генерисање заједничког тајног кључа између удаљених корисника, који се затим користи за шифровање.
Други задатак квантних комуникација је преносквантне информације између квантних рачунара. Технологије се глатко крећу ка развоју дистрибуираног квантног рачунарства, односно стварању, на пример, централног квантног рачунара и многих периферних машина које решавају неке подзадатке и међусобно преносе податке. Алтернатива овоме може бити скуп међусобно повезаних удаљених квантних процесора. У фебруару 2021, група истраживача из Немачке је демонстрирала могућност преноса квантних информација између два модуларна квантна процесора. Резултати експеримента објављени су у часопису Сциенце. Ово је важан корак у развоју технологије, који је показао да је могуће повећати снагу квантних рачунарских технологија комбиновањем више уређаја у мрежу.
Занимљива технолошка карактеристика јеЧињеница је да ако у квантним рачунарима изаберемо платформу која је најефикаснија за решавање одређених проблема, онда је уз размену квантних информација све очигледно: фотони, односно честице светлости, најбоље раде. Алтернативе практично нема. Стога су истраживачи већ свесни шта ће бити база елемената. Једина потешкоћа је у томе што се квантна информација, која настаје, на пример, као део рада суперпроводног квантног рачунара, некако преведе у фотон који може да се преноси на велике удаљености. А затим га поново претворити у облик који је доступан квантном рачунару. Ако је квантна криптографија јасан технолошки фронт који је у веома високој фази спремности, онда је област квантних комуникација повезана са разменом квантних информација између квантних рачунара велики задатак који је у прилично раној фази.
Док је у квантном рачунарству то уобичајена праксаговорећи о квантном обиму – повећању броја кубита и тачности операција, у квантним комуникацијама у ширем контексту још не постоји ни једна метрика. У квантној криптографији, научници се фокусирају на брзину генерисања кључева на било којој удаљености. Најчешће се узима у обзир брзина генерације кључа од 50 км, што вам омогућава да упоредите различите уређаје. Понекад проучавају и неке ограничавајуће карактеристике, на пример, максимално растојање за генерисање кључева.
Железнички кванти
Постоји неколико области око система железничког транспорта у којима би квантне комуникације (укључујући криптографију) могле бити корисне.
Пре свега, ово је прича о оптичким влакнимакаблови. Оптички кабл је један од главних алата за пренос квантних информација. У квантној криптографији користимо га за пренос фотона који формирају криптографске кључеве.
Друго, сама железничка инфраструктура -скуп сложених техничких објеката који се морају заштитити. У идеалном случају, ако бисмо имали квантну дистрибуцију кључева дуж железничких пруга, могли бисмо да користимо ове квантне кључеве за решавање проблема безбедности информација који се јављају у железничкој индустрији.
И, коначно, многи железнички правци -не само превоз људи, већ и транспорт велике количине различитих података. На пример, Москва - Петерсбург, један од водећих пројеката Руских железница. Вредност руте је очигледна: у Москви постоји огроман број корисника података и ништа мање у Санкт Петербургу. Они размјењују велику количину значајних информација које треба заштитити, па је идеја о кориштењу квантне криптографије без сумње економски оправдана.
Обично је примена квантне расподелекључеви између две тачке А и Б, који се налазе на удаљености већој од сто километара, спроводе се додавањем додатних посредних поузданих чворова на путу од А до Б. Таква мрежа се назива „окосница“ (на енглеском. бацкбоне - "Хи-тецх"). У свету је могућа и структура прстена: када део прстена откаже, информације се могу послати у други део прстена. Са звезданим системом, централна канцеларија и периферна архитектура функционишу - погодни су за дистрибуирану архитектуру. Могу постојати затворене и отворене структуре, разгранате, попут мреже Пекинг-Шангај, ово је нека врста "кичме" са скупом мрежа на велике удаљености.
Квантна и пост-квантна криптографија
Не претпостављајте да је криптографијаискључиво за компаније у финансијском или банкарском сектору, то се тиче свих. Сви морамо да размењујемо податке у шифрованом облику, јер су неке од информација које користимо заправо велике вредности. На пример, желимо да купимо на Интернету помоћу кредитне картице. Да бисмо то урадили, морамо некако да пренесемо податке о кредитној картици у банку, али тако да банка може отписати новац, али нападач то не чини.
Парадигма криптографије заснива се на чињеници да методтрансформација је позната нападачу. То јест, он зна како шифрујемо, али не зна једини тајни параметар шифровања - криптографски кључ. То значи да, да бисмо спровели циклус шифровања, морамо некако да разменимо криптографски кључ са примаоцем информације.
Како могу да пренесем кључеве?За решавање овог проблема коришћени су специјални курири на нивоу државе и предузећа. Метода се делимично примењује до данас - на пример, дипломате. Недостаци овог приступа су очигледни: сложен је, економски није изводљив и функционално је погодан само за веома мали број операција — на овај начин нећете моћи да купите књигу на Интернету.
Негде средином 70-их и 80-их новиконцепт је криптографија јавног кључа. Идеја је да можемо да генеришемо криптографски кључ применом неког скупа математичких процедура. Дакле, ми, легитимни корисници, мораћемо само да извршимо ефикасне математичке операције, као што је множење бројева. А да би нападачи добили приступ нашим кључевима, мораће да спроведу сложену операцију - на пример, факторинг бројева у просте факторе.
Овај концепт и данас одлично функционише, алиУ неком тренутку је постало јасно да ће у тренутку када се појави довољно моћан квантни рачунар, садашња генерација алгоритама, изграђених на проблемима као што је разлагање бројева у просте факторе, престати да буде стабилна. Биће потребна нова средства за генерисање криптографских кључева, пошто ће главни рањиви елемент криптографије са појавом квантног рачунара бити дистрибуција кључева и дигитални потписи.
Постоје два фундаментално нова приступарешавање проблема. Прва је квантна криптографија, односно дистрибуција квантног кључа (коју смо раније описали). Квантна криптографија функционише овако: кодирамо делове информација у појединачна квантна стања светлости (фотон) и преносимо их. По нивоу грешака у преносу можете одмах одредити степен упада уљеза. Ако стопа грешака не прелази одређени праг, кажемо да кључеве можемо скратити на посебан начин тако да су информације о пресретачу о скраћеним кључевима занемарљиве. Ова процедура се назива "отврдњавање" и неопходна је за добијање коначних тајних кључева.
Тако решавамо проблем дистрибуцијекриптографске кључеве ако уљези имају квантни рачунар, будући да се квантна криптографија не може сломити квантним рачунаром. Предности: Основна безбедност заснована на физици. Недостаци: ограничења удаљености, трошкова и брзине генерисања кључева. Такође је важно напоменути да су дистрибутивни системи квантних кључева сложени хардверски и софтверски системи. Упркос чињеници да се сигурност квантно генерисаних кључева доказује на основу аксиома квантне механике, увек постоји опасност од рањивости у одређеној физичкој имплементацији.
Други приступ - постквантна криптографија - идејастварање нових асиметричних криптографских алгоритама, изграђених не на проблемима разлагања бројева на просте факторе, већ на другим сложеним математичким проблемима, у решавању којих квантни рачунар неће имати предности. На пример, тражење судара хасх функције. Испоставило се да ако изградимо потпис или дистрибуцију кључева на таквим, како кажу, пост-квантним примитивцима, можемо се одбранити од напада помоћу квантног рачунара.
Пост-квантна криптографија је данас довољнадобро развијена: комерцијалне библиотеке, решења, производи су већ представљени. Сада технологија пролази кроз фазу стандардизације: како у Русији, тако иу свету постоји процес одлучивања која ће решења бити стандардизована. Мислим да ће се на хоризонту 2024. стандарди поправити. Предности технологије: једноставност и велика брзина интеграције (пошто је реч о софтверу), редовно ажурирање софтвера. Оваква решења се већ данас користе за јачање заштите вредних података широког спектра услуга и апликација корпоративних корисника и појединаца (веб, мобилне и десктоп апликације). Главни недостатак је тај што се тајност постквантне криптографије и даље заснива на неким претпоставкама о тежини решавања одређених класа математичких проблема. Увек постоји нека хипотетичка вероватноћа да ће се појавити „пост-квантни” рачунар са којим ће бити могуће хаковати пост-квантне алгоритме. За разлику од дистрибуције квантног кључа. Овде нема фундаментално доказиве снаге - такви алгоритми се и даље проучавају са становишта њихове снаге.
Вреди напоменути да ове две технологије могу битивеома добро комбиновано. Тако се високо оптерећени главни канали за пренос података између, на пример, центара података великих компанија могу заштитити помоћу квантне криптографије. А наша преписка или банкарска трансакција за хиљаду рубаља врши се помоћу пост-квантне криптографије. Односно, квантну и постквантну криптографију не треба супротстављати, већ продуктивно размишљати о њима као о синергистичким технологијама. Само што је један више фокусиран на слој стека који се односи на инфраструктуру, а други на корисника.
Стандард квантне криптографије је такођесе формира. Стандард ће бити специфичан протокол, односно специфичан метод каквог квантног стања треба узети, како га припремити и измерити и шта даље са њим. За сада постоји један кандидат за стандарде - ББ84 протокол са обмањујућим стањима. Овај протокол гарантује генерисање тајног кључа. Али нови протоколи се стално појављују.
Квантни блок -ланац и стартупи
Последњих година се много пажње поклањаблоцкцхаин технологије – технологије за управљање дистрибуираним базама података. Блоцкцхаинс користе два важна криптографска алата. Прво, електронски потписи за потврду ауторства трансакција које желимо да пошаљемо у блокове. Друго, разне методе за постизање консензуса. На пример, један од метода, прооф оф ворк (на енглеском, прооф-оф-ворк - „Хигх-Тецх“), заснива се на криптографским хеш функцијама.
Блоцкцхаин је рањив према квантном рачунарупосебно ако се користе електронски потписи и механизми консензуса, који нису отпорни на квантне компјутерске нападе. Међутим, могуће је креирати блокове који су отпорни на такве нападе — квантно безбедни (квантни) блок ланци. Квантни блоцкцхаин користи или квантну или пост-квантну криптографију (или њихову комбинацију) и омогућава да потписи и консензус буду отпорнији на квантни рачунар.
Подложно интересовању руских корисникаможемо очекивати појаву квантног блокчеина у земљи у наредне две до три године. У почетку је потребно створити инфраструктуру квантних комуникационих мрежа, на којој ће се у будућности стварати дистрибуирани систем.
Квантна комуникација је најпопуларнијаправац за рад руских стартупа. Неколико дивизија великих компанија, продаваца класичне информационе безбедности, послује на тржишту. Ово су стартупи засновани на Универзитету ИТМО, Куанттелецом, одељењима компанија специјализованих за информациону безбедност, ИнфоТеКС и Цриптософт. КРате је спин-офф Руског квантног центра од 2017. Стартупи ће вероватније радити са грантовима и приватним улагањима. Вентуре послови у Русији су ми и даље непознати.
Интернет ствари и квантна безбедност
Многи уређаји за Интернет ствари - сензори -може бити и класична и квантна. Рецимо да имамо скуп класичних сензора, уређаја Интернета ствари, контролних капија који имају поверљиве информације. Да бисте их повезали, потребан вам је протокол криптографске заштите - опет квантне комуникације.
У овом правцу, за сада постоје самопрототипови који штите појединачне елементе или уређаје - прерано је говорити о индустријском обиму. Прво, свет треба да разуме вредност смера, да изабере уређај Интернета ствари коме је потребна заштита и ефикасно примени квантну комуникацију. Поред тога, потребно је превазићи низ техничких баријера.
Данас није сасвим јасно шта се тачно налазиИнтернет ствари мора бити заштићен на тако високом нивоу. Међутим, како се технологија Интернета ствари шири, тако ће бити и вредност информација и вредност њиховог хаковања. У теорији, хаковање може бити посебно опасно у потпуно аутоматизованој производњи. Дакле, ако сензори пренесу нетачне информације центру за доношење одлука, одлуке ће бити донете погрешно, а економска штета од таквог напада може бити прилично значајна.
Пет индустрија у којима ће се квантне комуникације ускоро применити
- финансије.Банке су први усвојитељи нових технологија.
- Јавни сектор.Овде се комуникације односе на корисничке податке, системе власти, изборе, односно све области у којима је важан висок ниво заштите.
- Телекомуникације.Услуге удаљеног складиштења информација (и њима је важна добра заштита). Подаци за складиштење могу се шифровати помоћу квантне методе.
- Лек.Свет прикупља све више генетских података,који одређују читав живот човека и његове особине. У бројним земљама већ је у току процес давања дела генетских података неке особе правном снагом, изједначавајући га са подацима из пасоша. Такође је важно заштитити их од напада и манипулација.
- Енергија.Важно је заштитити управљање великом инфраструктуром, системима аутоматизације и преносом енергије. Криптографија се већ користи на многим местима у таквим системима.
Квантне комуникације у свету и Русији
Квантне комуникације широм света постале су деонационални програми о квантним технологијама. Стручњаци сматрају да је Кина светски лидер, али се комуникације активно развијају и у Европској унији. Јапанска компанија Тосхиба има лабораторију у Кембриџу, неколико пројеката ради у Великој Британији и САД (али су ови други и даље више фокусирани на квантно рачунарство).
Сфера квантних комуникација у Русији изгледа овакоулагање атрактивно. Технолошки ниво руске квантне криптографије данас је упоредив са глобалним, а нека решења за накнадну обраду кључева изгледају боље од њихових светских колега.
Као и свака прилично млада технологија,Квантне комуникације имају одређене потешкоће са широким развојем. Све док у свету не постоји преседан са хаковањем или крађом било које вредне информације помоћу квантног рачунара, квантна енкрипција више личи на осигурање. Људи не разумеју да ли се њен потенцијал у потпуности остварује, што опет отежава привлачење инвестиција. Да бисте доказали потенцијал, потребан вам је бар један хак. Такође, да откријемо, руском тржишту недостају пројекти попут мапе пута; масовна производња уређаја и покушаји њиховог побољшања.
Не все компании открыто делятся данными о том, на у којој су фази развоја њихова решења. КРате има готов производ, спреман за индустријску употребу, тестирају га потенцијални клијенти - на пример, Газпромбанк. Сбер је такође тестирао системе компаније на толеранцију грешака годину дана. Стартуп развија квантну комуникациону технологију са фокусом на имплементацију оптичких влакана.
Изградња је почела у децембру 2020кичмена квантна мрежа Москва - Санкт Петербург Руских железница. Ово је линија која ће се састојати од сегмената на удаљености од 100-200 км. Они су потребни за смањење губитака у преносу сигнала, поновно шифровање сигнала на чворовима. Класични поуздани чворови у мрежи се користе јер квантни репетитори још нису довољно развијени (још један од великих научних проблема). Генерално, ова мрежа је пример економски одрживог пројекта у области квантних комуникација са великом количином података који круже између Москве и Санкт Петербурга. Мрежа ће, између осталог, помоћи у заштити комуникационих канала преко којих ће се контролисати Сапсани и ластавице без посаде.
Опширније:
Успоравање ротације Земље изазвало је ослобађање кисеоника на планети
Астрономи примећују необичне структуре у дубоком свемиру
Погледајте више неандерталске рок уметности старе 60.000 година