Первый в России телефон с квантовой защитой связи разработали компания «ИнфоТеКС» и Центр квантовых технологий МГУ им. М.В. Ломоносова. Устройство способно обеспечить защищенную аудиосвязь, обмен текстовыми сообщениями и файлами, а в будущем позволит общаться пользователям в режиме видеозвонков.
О возможностях и перспективах защищенной квантовой телефонии в интервью наука.рф – официальному сайту Десятилетия науки и технологий в России –рассказал руководитель Центра научных исследований и перспективных разработок «ИнфоТеКС» Владимир Елисеев.
– Что такое квантовый телефон?
– Квантовый телефон – это устройство, позволяющее вести защищенные переговоры, обмен текстовыми сообщениями и файлами. При этом высокий уровень конфиденциальности обеспечивается с помощью квантового распределения ключей шифрования данных.
В современном мире информация представляет очень большую ценность. Особое значение это имеет для первых лиц государственных структур, топ-менеджеров компаний, то есть для людей, принимающих стратегические решения.
– В чем преимущество такого решения перед обычными системами шифрования?
– В любых системах шифрования данных наиболее критическим элементом является ключ шифрования. Если злоумышленник получит его, то сможет расшифровать все данные. Поэтому очень важно обеспечивать секретность ключа шифрования на всех этапах его существования – от создания до ввода в эксплуатацию и использования в алгоритмах шифрования.
Учитывая возможности современной вычислительной техники и известные способы атак на криптографические системы, мы не можем бесконечно передавать информацию на одном и том же ключе. Его надо регулярно менять, минимизировав при этом влияние человеческого фактора на данный процесс. Поэтому у специалистов возник логичный вопрос – как это сделать в условиях массовой цифровизации?
– Есть ли на него ответ?
– Подход с регулярной сменой ключей был придуман в 1970-е американскими учеными Уитфилдом Диффи и Мартином Хеллманом. Они предложили математический способ получения криптографического ключа. Однако метод, придуманный исследователями, вскоре потерпел фиаско, так как вскоре для него был построен квантовый алгоритм Шора, который при наличии эффективного квантового компьютера позволял взломать предложенный алгоритм.
Отмечу, что в 1980-х квантовый компьютер еще не изобрели, однако прогресс неумолим. Уже спустя десять лет научное сообщество проводило эксперименты, доказывающие возможность создания такого вычислительного устройства.
С начала нулевых и до сегодняшнего дня – время настоящей эволюции квантовых вычислений. Мы видим, что количество кубитов – вычислительных элементов квантового компьютера – с каждым годом удваивается и мощность таких компьютеров растет.
Оригинальный алгоритм Диффи-Хеллмана до сих пор не взломан только ввиду отсутствия такого мощного квантового компьютера. Но специалисты в сфере защиты информации осознают увеличившиеся риски такого исхода. Следовательно, пользователи не могут полностью доверять предложенному алгоритму.
– Каких успехов уже добились ученые на этом поприще?
– Традиционные подходы, связанные с созданием секретных криптографических ключей и их распределением между средствами шифрования, оказываются весьма ненадежными для ведения конфиденциальных переговоров.
Квантовое распределение ключей и квантовые коммуникации построены не на чисто математическом подходе, о котором мы ранее говорили, а на идее, связанной с использованием физических эффектов. Например, на эффекте того, что квантовое состояние не может быть прочитано, не будучи измененным.
Так, если мы передаем какие-то квантовые частицы от одного абонента к другому, они способны подтвердить факт получения этого фотона в неизменном виде.
Гипотеза квантового распределения ключей была сформирована в середине 1980-х – в то же время, когда речь зашла о создании квантовых компьютеров. Последние пока не обладают мощностью, которую можно было бы эффективно использовать для дешифрования сообщений, а вот разработки в области квантового распределения ключей достигли зрелости еще десять лет назад. Тогда появились первые промышленные системы, но их необходимо было дорабатывать. В эту гонку включилось несколько стран, включая Россию и Китай.
Сейчас в нашей стране сложилась уникальная ситуация, когда существует несколько независимых компаний, выпускающих аппаратуру для квантовой криптографии. Это обеспечивает конкуренцию, быстрое развитие технологии и выход на ее практическое применение.
– Можете назвать топ отечественных компаний в области квантовых разработок?
– Помимо «ИнфоТеКс» разработкой аппаратуры квантового распределения ключей занимаются компании «СМАРТС-Кванттелеком» и QRate.
– За рубежом тоже работают над подобными проектами?
– О точном аналоге нашего квантового телефона пока ничего неизвестно. Мысль о том, что надо показать достоинства технологии квантового распределения ключей наиболее простым образом, пришла в голову специалистам Центра квантовых технологий МГУ им. Ломоносова. Коллеги из других стран создавали разработки, ориентированные, прежде всего, на связь двух абонентов, а не нескольких лиц.
В Центре квантовых технологий МГУ придумали бюджетный вариант топологии квантовой сети «звезда». Она позволяет подключать несколько абонентских терминалов к одному серверу, по очереди вырабатывающему квантовые ключи для пользователей.
Еще одно уникальное свойство отечественного квантового телефона – работающая система квантового распределения ключей, интегрированная в другие традиционные средства защиты информации, которые выпускает компания «ИнфоТеКС». Фактически, квантовый телефон позволяет иметь квантовый сегмент для не компрометируемых коммуникаций важных персон, а также подключать через обычные ключи шифрования неограниченное количество абонентов.
Для пользователей такое взаимодействие выглядит абсолютно бесшовным. То есть, защита возникает вследствие интеграции двух систем – традиционной и квантовой.
– Отличаются ли подходы ученых и команды разработчиков при разработке продукта?
– Да, конечно. Организация инновационной деятельности на всех этапах – от проведения научных исследований и до выпуска продукции пользователю – многоступенчатый процесс.
Когда ученые Центра квантовых технологий МГУ им. Ломоносова проводили эксперименты, они использовали оборудование с высокой степенью модульности. Речь не шла о его практическом использовании, это были всего лишь лабораторные образцы. На следующем этапе изготовили габаритный моноблок, который возили в Московскую область для тестирования на реальной телекоммуникационной линии.
Специалисты убедились, что оборудование может без сбоев работать в течение месяца, вырабатывая квантовые ключи. Затем исследователи начали искать партнеров среди производителей аппаратуры криптографической защиты, чтобы совершенствовать свою технологию и сделать ее удобной для пользователя. Кстати, так мы познакомились и начали сотрудничать.
Следующим этапом в нашей работе стало совместное подключение устройств, шифрующих данные абонентов, к макету, который ранее испытывали в Подмосковье. После этого планировалось совершить качественный скачок – разработать тиражируемое изделие. Лабораторный макет было неудобно перевозить и эксплуатировать.
В течение двух лет рабочая группа, состоящая из экспертов «ИнфоТеКС» и сотрудников Центра квантовых технологий, обменивалась информацией и опытом, находила оптимальные решения для создания предсерийного образца.
Сейчас «ИнфоТеКС» довел уже несколько изделий до стадии тиражирования технологии.
– Из чего состоит система квантового шифрования?
– Устройство напоминает обычный офисный телефон и не содержит никаких квантовых элементов. Внутри находится небольшой компьютер с сенсорным экраном и «трубочкой», в которой расположен шифратор голосовых переговоров. Главный вопрос – откуда шифратор получает ключи?
Из специального устройства в корпусе, где происходит квантовая «магия». Сейчас этот корпус выполнен у нас точно, как у стандартного компьютера за исключением «начинки», разработанной в содружестве МГУ и «ИнфоТеКС». Он стоит под столом, туда протянуто оптоволокно, передающее фотоны. Кроме того, от корпуса квантового оборудования тянется сетевой провод, по которому квантовые ключи загружаются в телефон для защиты переговоров.
– Сколько стоит квантовый телефон?
– Цена в минимальной рекомендуемой конфигурации составляет порядка 30 млн рублей. В эту стоимость входит сервер квантового распределения ключей и несколько абонентских пунктов – обычно их три.
– Создание квантового телефона – значимый технологический прорыв российских ученых?
– Безусловно! Квантовое распределение ключей достигло промышленной степени зрелости еще десять лет назад, но многие специалисты по информационной безопасности с недоверием относились к любым новациям. Они хотели быть на 100% уверены, что новая аппаратура реализует те самые заманчивые свойства, о которых я ранее говорил, и не содержит неизвестных уязвимостей.
В последние годы публиковалось много статей и данных, где подробно рассказывалось о способах атаки этих революционных систем. Конечно же, современные устройства квантового распределения ключей обладают внушительным количеством мер защиты, по сравнению с разработками нулевых годов.
В прошлом году ФСБ России выдала разрешение на использование системы «квантовый телефон» для защиты информации. Специалисты авторитетной службы уверены в надежности созданной аппаратуры. Теперь устройство можно легально использовать в России для защиты конфиденциальной информации.
– Где и как сейчас тестируется квантовое оборудование компании?
– Мы тестируем новое оборудование в офисах «ИнфоТеКС», расположенных в Москве и Томске. Оно еще не вышло на рынок, поэтому регулярно совершенствуется и проходит испытания.
Чтобы понять, насколько наша разработка стабильно работает, год назад на мощностях телекоммуникационной компании «ЮЛ-ком» была развернута университетская квантовая сеть общей длиной порядка 50 км. Она соединяет несколько узлов в кампусе МГУ им. Ломоносова на Воробьевых горах. Сейчас оптоволоконная линия протянута еще на факультете журналистики, который находится на Моховой улице.
Помимо этого, длинная линия также тянется из МГУ до офиса «ИнфоТеКС». Квантовая сеть состоит из нескольких квантовых узлов, функционируя в непрерывном режиме уже более года.
– Какие у вас планы? Будете совершенствовать эту технологию или создавать что-то принципиально новое?
– Безусловно, защита конфиденциальных переговоров – первый и наиболее понятный шаг в освоении квантовых технологий.
Наша компания совместно с Центром квантовых технологий МГУ им. Ломоносова разработала устройство ViPNet Quandor – шифратор данных с производительностью 10 Гбит в секунду. При его поддержке мы можем защищать трафик между центрами обработки данных. Зачастую расстояние между ними достигает 100 км, поэтому в таком изделии заинтересованы корпоративные потребители.
При использовании устройства телефон оператора оказывает услугу защищенной связи. Так, абонент может поставить шифратор с квантовыми ключами, чтобы шифровать трафик между двумя центрами обработки данных. В этом случае речь идет об ограниченных расстояниях в пределах 100 км. Однако Россия – географически самая большая страна. Чтобы охватить такую масштабную территорию, специалисты должны строить большие квантовые сети.
В этом плане хороший пример показывает Китай, где построена сеть на несколько тысяч километров и используется концепция доверенных промежуточных узлов. Идея в том, что отдельные квантовые сегменты соединяются внутри пункта связи, где, фактически, находится «комната» с контролем доступа. Там стоит квантовое оборудование, уходящее одним стокилометровым сегментом в одну сторону, вторым – в другую. На этом узле связи происходит перешифрование криптографического ключа на квантовом ключе. Из таких сегментов можно построить сеть практически неограниченной длины. Аппаратура для доверенных промежуточных узлов разрабатывается в «ИнфоТеКС» с 2019 года. Сейчас мы вышли на уровень серийного производства таких узлов.
Я уверен, что наши разработки создадут условия для достижения действительно прорывных результатов.
Ранее портал наука.рф рассказывал, что такое квантовые компьютеры и зачем они нужны.
Беседовала Евгения Сахно
