Что такое постквантовая криптография и от каких киберугроз она сможет защитить

РБКHi-Tech

Метод шифрования будущего

Что такое постквантовая криптография и от каких киберугроз она сможет защитить

Автор: Антон Гугля, руководитель QApp — компании — разработчика отечественных решений кибербезопасности на основе постквантовых алгоритмов шифрования

Фото: Михаил Гребенщиков / РБК

Развитие квантовых вычислений создает беспрецедентную угрозу для современных методов защиты данных. Государственная, профессиональная и коммерческая тайна, финансовые и персональные данные — все это в два счета перестанет быть конфиденциальным, как только злоумышленник получит доступ к мощным квантовым компьютерам.

Однако на помощь классической криптографии приходит новая — постквантовая. Разберем, что же такое постквантовые алгоритмы и почему готовиться к новому типу кибератак надо уже сейчас.

Зачем требуется шифрование

О какой бы криптографии ни заходила речь, окружающие зачастую считают, что это их мало касается. Крупный бизнес — да, а вот нас с вами — едва ли. Конечно, это не так. Покупки в интернет-магазинах, переписки в мессенджерах и социальных сетях, интернет-серфинг по пути на работу — все эти активности неразрывно связаны с шифрованием данных. Простой пример — защищенное соединение https. Оно используется повсеместно в интернете: преобразует передаваемые в сети данные в зашифрованный формат и не дает посторонним прямой доступ к конфиденциальной информации.

Современная классическая криптография может быть симметричной и асимметричной. В симметричной для шифровки и расшифровки сообщения используется всего один ключ: отправитель делится им с получателем, и тот успешно применяет его для чтения зашифрованных данных. Однако если ключ кто-то перехватит, вся эффективность защиты сводится к нулю. В асимметричной криптографии присутствуют уже два ключа: открытый и закрытый.

Первый необходим, чтобы зашифровать данные, второй — чтобы расшифровать. Несмотря на то что оба ключа связаны между собой математической функцией, без закрытого ключа доступ к данным не получить: ни привычные нам персональные компьютеры, ни суперкомпьютеры справиться с этой задачей не смогут из-за недостатка вычислительных мощностей.

Квантовая угроза

Между тем возможность взломать асимметричный шифр существует: алгоритм, способный справиться с этой задачей, еще в 1994 году разработал ученый Питер Шор. Реализовать этот алгоритм позволяет квантовый компьютер. В отличие от обычных устройств, работающих на основе полупроводниковых технологий, мощность квантовых растет экспоненциально. Поэтому их возможности значительно превосходят любые инструменты, которые сегодня используют хакеры.

Современные квантовые компьютеры пока не обладают мощностью, достаточной для взлома систем на основе асимметричного шифрования. Но с начала 2000-х такие технологические гиганты, как IBM, Google, Intel, ведут разработки по развитию квантовых вычислений, что приближает нас к кибератакам нового типа. По мнению большинства экспертов, первые случаи подобных атак могут быть зафиксированы до 2030 года. Впрочем, аналитики McKinsey предостерегают, что финансовый и государственный секторы, а также страховая индустрия могут столкнуться с ними уже в ближайшие два года.

Это подводит нас к понятию квантовой угрозы — риска, что злоумышленники могут уже сегодня сохранять конфиденциальные данные, зашифрованные асимметричной криптографией, чтобы дешифровать их в будущем при первой появившейся возможности с помощью квантового компьютера.

Неважно, каким образом хакеры получат доступ к квантовым устройствам — будет ли это социальный инжиниринг, облачная платформа квантовых вычислений или трудоустройство в компанию — разработчика квантовых компьютеров. Важно лишь то, что все накопленные данные, актуальные на тот момент, будут расшифрованы, что приведет к колоссальным потерям. Поэтому защищать их необходимо уже сегодня. К такой информации с длинным жизненным циклом относятся в том числе персональные данные клиентов банков и других финансовых организаций, медицинских учреждений и мобильных операторов, а также сведения, представляющие коммерческую и государственную тайну.

Постквантовое шифрование

В ответ на квантовую угрозу научное сообщество и специалисты по информационной безопасности начали разрабатывать новые методы защиты. Самыми оптимальными по стоимости и скорости интеграции стали программные решения на основе постквантовых алгоритмов. Такие алгоритмы строятся на сложных математических задачах, при решении которых квантовые компьютеры не получают вычислительного преимущества. Стойкость постквантового шифрования гарантируется математическими доказательствами секретности каждого из алгоритмов — все они проверяются мировым научным математическим сообществом.

В частности, это алгоритмы, основанные на линейных кодах, теории решеток и хеш-функциях. Первый тип (code-based) основан на гипотезе, что декодировать случайный линейный код очень сложно. Первый алгоритм такого типа появился еще в 1978 году — это была система McEliece, одна из первых систем с открытым ключом. В тот момент об атаках с использованием квантового компьютера не было и речи, однако после появления алгоритма Шора, способного легко взломать используемое повсеместно асимметричное шифрование, криптографы-исследователи вновь заинтересовались алгоритмом McEliece.

Другой тип схем постквантовой криптографии — алгоритмы на основе теории решеток. Такие схемы хорошо изучены и легко применимы на практике, в частности, их использует IBM в своих приложениях безопасности.

В постквантовом шифровании применяется и один из самых популярных криптографических инструментов — хеш-функция. Хеширование — это преобразование произвольного объема данных в уникальный набор символов фиксированной длины, расшифровать который очень сложно. А постквантовые алгоритмы с использованием хеш-функции делают декодирование сообщения невозможным, во всяком случае всеми известными методами. Хеш-функция может лежать в основе электронной подписи, в частности, эта модель сейчас прорабатывается в России в рамках процесса разработки новых государственных стандартов по постквантовым алгоритмам.

Пора применять

Над экспериментальной интеграцией постквантовых алгоритмов в свои продукты уже работают такие гиганты рынка, как Microsoft, Google, Verizon, Thales, Toshiba, Amazon, Cloudflare, и число таких компаний ежегодно увеличивается.

Весной 2022 года IBM представила новое поколение мейнфреймов (универсальных высокопроизводительных серверов) z16, которые используют для защиты данных постквантовую криптографию. А в октябре того же года компания Cloudflare объявила о запуске поддержки постквантовой криптографии для всех веб-сайтов и API, обслуживаемых через ее сеть. По сути это делает доступным постквантовое шифрование для 19% мировых веб-ресурсов. Это наглядно демонстрирует, насколько серьезно к квантовой угрозе относится одна из крупнейших компаний по обеспечению веб-производительности сетевых инфраструктур.

В 2023 году IBM, согласно своей «дорожной карте», представила новый квантовый вычислитель на 1121 кубит. Китайские ученые, в свою очередь, заявили, что для дешифровки RSA-2048 (криптографии, которая сегодня используется повсеместно) достаточно 372 кубит. Несмотря на то что специалисты QApp в своей научной работе частично опровергли результаты восточных коллег и команда Google в вышедшем препринте подтвердила эти результаты, все это приближает нас к тому моменту, когда взлом сервисов и систем на основе классической криптографии станет реальностью.

2024 год уже можно смело назвать годом активного развития постквантовой криптографии. Google опубликовала свою модель угроз в рамках развития направления постквантового шифрования. Компания Apple внедрила новый постквантовый протокол PQ3 для iMessage. Разработчик сервиса электронной почты Tuta с повышенным уровнем защиты данных сообщил о завершении исследовательского проекта (PQMail) по внедрению алгоритмов постквантовой криптографии в приложение электронной почты и календаря. Переход на новый уровень защиты затронул и блокчейн-системы: в марте основатель Ethereum Виталик Бутерин сообщил о том, что Ethereum уже обеспечен надежной защитой от потенциальной атаки с использованием квантовых вычислений. И все это лишь за первый квартал года.

В России работа по пилотированию постквантовых программных продуктов также идет полным ходом. Первой в стране финансовой организацией, пропилотировавшей постквантовые алгоритмы, стал Газпромбанк, еще в 2022 году обеспечивший квантово-устойчивую защиту host-to-host соединений при проведении финансовых поручений, а годом позднее значительно расширивший контур пилотирования. Тогда же, в 2022 году, отечественные специалисты подтвердили совместимость постквантового шифрования с российскими процессорами «Эльбрус».
В 2023 году научно-исследовательские работы и пилотные проекты в области постквантовой криптографии реализовали такие компании, как НСПК, «Холдинг Т1», Web3 Tech, «Элвис Плюс» и другие. Что касается растущего спроса на технологию в 2024 году, то и тут Россия не стала исключением — число получаемых нами запросов на пилотирование технологии со стороны отечественного бизнеса уже выросло в разы. Возросло и количество прикладных исследовательских работ по направлению постквантовых алгоритмов шифрования, проводимых в рамках АНО «НТЦ ЦК».

Финальный штрих

На сегодняшний день постквантовая криптография находится в стадии активной разработки стандартов. В США этот процесс курирует Национальный институт стандартов и технологий (NIST). На конкурсной основе с 2017 года эксперты выбирают наиболее квантово-устойчивые алгоритмы, которые лягут в основу стандартов постквантового шифрования. Три ранее отобранных алгоритма стали частью постквантового криптографического мирового стандарта: Kyber (ML-KEM) — FIPS 203, Dilithium (ML-DSA) — FIPS 204 и SPHINCS+ (SLHDSA) — FIPS 205. В 2023 году был объявлен новый конкурс по отбору дополнительных схем электронной подписи, построенных на других криптографических примитивах.

В прошлом году в США была принята обновленная «Стратегия национальной кибербезопасности», в которую вошли направления защиты от квантовой угрозы.

В России разработкой государственных стандартов для постквантовых алгоритмов занялись в 2019 году под руководством Технического комитета 26 (ТК26) Росстандарта, куда входят представители государственных и коммерческих организаций. Первые отечественные стандарты могут быть утверждены к 2025 году. Так что можно смело сказать, что рынок вступил в фазу активного формирования.

Хочешь стать одним из более 100 000 пользователей, кто регулярно использует kiozk для получения новых знаний?
Не упусти главного с нашим telegram-каналом: https://kiozk.ru/s/voyrl

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Ген памяти Ген памяти

Какие альтернативные накопители предлагают на рынке хранения данных

РБК
«Место авиакатастрофы напоминало кадр из фильма»: трагедия 1997 года в Иркутске «Место авиакатастрофы напоминало кадр из фильма»: трагедия 1997 года в Иркутске

Крушение самолета Ан-124 «Руслан» 1997 года в Иркутске: как это было

ТехИнсайдер
Марш антиподов Марш антиподов

Образ загадочных «антиподов» продолжает будоражить воображение

Вокруг света
20 способов держать мозг в тонусе 20 способов держать мозг в тонусе

Полезные привычки для улучшения когнитивных способностей

Psychologies
Скорпионы и лавры: говорящие детали Скорпионы и лавры: говорящие детали

10 портретов-ребусов эпохи Возрождения

Вокруг света
Наполеон ненастоящий Наполеон ненастоящий

Новый «Наполеон»: богато снятая сказка, имеющая мало общего с реальностью

Дилетант
Семь советов родителям Семь советов родителям

Как приучить ребёнка к правильному питанию, чтобы он получал всё необходимое?

Здоровье
«Мониторинг цифровой трансформации бизнеса» «Мониторинг цифровой трансформации бизнеса»

Направления и тенденции цифровизации деловой среды

РБК
Вы будете в шоке, когда узнаете, что раньше означало выражение «страдать херней»! Вы будете в шоке, когда узнаете, что раньше означало выражение «страдать херней»!

«Херня» — это грыжа на латинском, а те, кто ею страдал, были больными людьми

ТехИнсайдер
7 фильмов о великих художниках 7 фильмов о великих художниках

Выдающиеся фильмы о живописцах, от эпохи Возрождения до XX века

СНОБ
Быть «железной леди»: как Марджи Робертс стала Маргарет Тэтчер Быть «железной леди»: как Марджи Робертс стала Маргарет Тэтчер

Какой была Маргарет Тэтчер и почему её все ненавидели?

Правила жизни
Незаменимый помощник орнитолога: как бинокль со встроенным искусственным интеллектом помогает определять виды птиц Незаменимый помощник орнитолога: как бинокль со встроенным искусственным интеллектом помогает определять виды птиц

Бинокль с искусственным интеллектом — shazam для орнитологов

ТехИнсайдер
«Мария Монтессори: воспитание любовью»: право детей на свободу выбора «Мария Монтессори: воспитание любовью»: право детей на свободу выбора

Фильм об итальянском педагоге, которая создала уникальную систему воспитания

Монокль
Его Высокопреосвященство Его Высокопреосвященство

Арест и суд над венгерским кардиналом Йожефом Миндсенти

Дилетант
Даниил Воробьев: «Женщина — это та драгоценная среда, в которой может проявляться мужчина» Даниил Воробьев: «Женщина — это та драгоценная среда, в которой может проявляться мужчина»

История-турбулентность Даниила Воробьева о взрослении и принятии себя

Maxim
Любовный треугольник: можно ли любить одновременно двоих? Любовный треугольник: можно ли любить одновременно двоих?

Что такое любовь? Почему люди заводят романы на стороне?

Psychologies
3 причины, по которым ваш телефон становится медленнее, и как это исправить 3 причины, по которым ваш телефон становится медленнее, и как это исправить

Что именно приводит к замедлению работы телефона и как это исправить?

ТехИнсайдер
Оксана Даровская: «Москва. Квартирная симфония». Коммунальный быт столицы Оксана Даровская: «Москва. Квартирная симфония». Коммунальный быт столицы

О быте и нравах, царящих в московской коммуналке в конца 1980-х

СНОБ
Можно ли подружить кошку с собакой? Рассказываем, как правильно это сделать Можно ли подружить кошку с собакой? Рассказываем, как правильно это сделать

Неужели правда, что кот и пес — это заведомо враги?

ТехИнсайдер
От героя СССР до предателя родины: история измены Семена Бычкова От героя СССР до предателя родины: история измены Семена Бычкова

Как герой СССР обрел темную славу и затмил все свои заслуги перед отечеством

ТехИнсайдер
Стареет ли тормозная жидкость – и как понять, что ее пора менять Стареет ли тормозная жидкость – и как понять, что ее пора менять

В чем недостатки старой тормозной жидкости?

ТехИнсайдер
Оценка проекта «Центры местного сообщества» с использованием глобального стандарта B4SI Оценка проекта «Центры местного сообщества» с использованием глобального стандарта B4SI

Магазины являются центром пересечения повседневных маршрутов самых разных людей

Позитивные изменения
Принцип бинокля в отношениях Принцип бинокля в отношениях

Как щедрый мужчина может оставить тебя без копейки и при чем тут принцип бинокля

Лиза
Как самопожертвование портит отношения Как самопожертвование портит отношения

Когда можно идти на уступки, а когда это лишь навредит и вам, и отношениям

Psychologies
Что такое спейс-электроника и как ее слушать. Отрывок из книги «Планетроника» Что такое спейс-электроника и как ее слушать. Отрывок из книги «Планетроника»

Глава из книги про историю электронной музыки от журналиста Ника Завриева

СНОБ
Душа — в теле Душа — в теле

Театр Crave — заведение таинственное, притягательное и необычное

Men Today
Александр Самойленко: «Актерством невозможно было зарабатывать деньги, думал, что надо поменять профессию» Александр Самойленко: «Актерством невозможно было зарабатывать деньги, думал, что надо поменять профессию»

Мне всегда хотелось заниматься чем-то большим, нежели актерство

Коллекция. Караван историй
История первого героя СССР: за что Анатолий Ляпидевский удостоился высшей награды История первого героя СССР: за что Анатолий Ляпидевский удостоился высшей награды

Медаль «Золотая Звезда» с порядковым номером 1 в СССР была только одна

ТехИнсайдер
Невозможный человек! Невозможный человек!

7 советских актеров, чей характер оказался слишком тяжелым в работе

Лиза
Как увеличить шрифт на iPhone и еще несколько полезных фишек, о которых вы могли даже не слышать Как увеличить шрифт на iPhone и еще несколько полезных фишек, о которых вы могли даже не слышать

Если покопаться в настройках своего телефона, можно найти много полезных опций

ТехИнсайдер
Открыть в приложении