Краткое содержание
Новая форма вычислений, называемая "квантовыми вычислениями", может угрожать безопасности некоторых основных компонентов интернет-инфраструктуры. Но что такое квантовые вычисления и будет ли безопасно использовать кредитную карту в следующем десятилетии?
3 способа, как квантовые вычисления изменят наш мир
Как эта революционная технология изменит наш подход к повседневным задачам.
Что такое классическая криптография?
Одной из первых форм криптографии, упомянутых в исторических записях, являются иероглифы Древнего Египта. Внутри пирамид фараонов строители часто оставляли ложные инструкции и закодированные сообщения на стенах туннелей, чтобы запутать грабителей, ищущих сокровища в гробницах. Эти уловки приводили к ловушкам и ложным комнатам, защищая ценности фараона от внешних злоумышленников, подобно тому, как это делает криптография и шифрование в современном интернете.
Но вместо иероглифов, строители нашей эпохи (программисты) используют сложные математические уравнения, которые хакерам необходимо решить, чтобы получить доступ к сокровищам фараона. Классический компьютер, работающий по линейному принципу, может выполнять только одно вычисление за раз. Например: линейная обработка требует, чтобы, если ответ на мою математическую задачу 13+20, компьютер начал с 1+1, затем переходил к 1+2, 1+3 и так далее.
Хотя компьютер в конечном итоге найдет правильное решение, этот последовательный способ вычислений занимает много времени. Чем больше задача, тем дольше классическому компьютеру нужно, чтобы её решить.
Сейчас estimate, что даже самый мощный суперкомпьютер в мире, Frontier в Национальной лаборатории Ок-Ридж, потратит триллионы лет, чтобы подбирать ключ к самому распространенному стандарту шифрования – 256-битному AES.
256-битный AES – это причина, по которой такие вещи, как интернет-банкинг, сообщения и социальные сети, достаточно безопасны для доступа через любое устройство в вашем доме.
Суперкомпьютеры устарели?
Есть ли у этих вычислительных гигантов еще какое-либо предназначение?
Ушли в прошлое образы хакеров в капюшонах с зеленым и черным текстом на экране и клише "Я внутри", когда они взламывают сетевые барьеры. Благодаря современному шифрованию, практически единственный способ хакера получить доступ к вашей защищенной информации сегодня – это обманом заставить вас случайно передать свои учетные данные через методы социальной инженерии.
Но новая технология, выходящая из лабораторий таких вычислительных гигантов, как IBM, может изменить ландшафт шифрования, возможно, даже быстрее, чем мир успеет подготовиться.
Многообразие социальной инженерии
Социальные инженеры знают, на какие кнопки нажимать, чтобы заставить вас делать то, что они хотят.
Как квантовые компьютеры взламывают шифрование?
Квантовые вычисления – это технология, которая переворачивает наше представление о том, как проводить расчеты. В то время как классические процессоры содержат транзисторы, которые могут находиться в одном из двух состояний – ноль или один, квантовые компьютеры имеют транзисторы, которые могут быть как нулем, так и единицей одновременно.
Оставайтесь со мной, потому что здесь становится немного странно. Благодаря принципу, известному как "суперпозиция", кубиты, или "квантовые биты", в квантовом компьютере могут существовать как ноль и один одновременно, потому что атомы могут быть как частицей, так и волной одновременно. Когда вы выполняете вычисления через атомные вероятности, а не через абак, практически все возможно.
Из-за своей способности вычислять множество состояний одновременно, квантовые компьютеры особенно эффективно решают очень большие математические задачи быстрее, чем линейные процессоры. Вместо того чтобы выполнять 1+1, затем 1+2 и так далее; внутри кубита можно одновременно решить 1+1 и следующие четыре уравнения. Чем больше у вас кубитов, тем больше параллельных вычислений вы можете выполнять. Чем больше вычислений одновременно, тем быстрее вы взломаете шифрование.
Хотя квантовые компьютеры пока не находят практического применения, кроме решения сложной математики быстро, они уже вызвали шок в сообществе безопасности в интернете из-за своей уникальной потенциальной угрозы современным стандартам шифрования.
Что такое постквантовая криптография?
В ответ на эту растущую угрозу государственные, коммерческие и потребительские организации по безопасности начали разрабатывать свои версии того, что называется "постквантовая криптография" или PQC.
PQC предназначена для создания защит в основе ваших данных, которые противодействуют способностям квантовых компьютеров "решать всё сразу". PQC достигает этого путём создания математических задач, которые значительно сложнее текущих широко распространенных стандартов шифрования, таких как RSA, ECC или Диффи-Хеллмана.
Эти три стандарта могут быть не распространены в таких местах, как Пентагон – там вы встретите внушительный 512-битный AES-ключ, если попытаетесь туда попасть – но они всё равно защищают огромные объемы нашей взаимосвязанной информации. Все, от Bitcoin (ECC) до VPN (RSA) и транзакций с чиповыми кредитными картами (и ECC, и RSA) полагаются на устаревшие стандарты шифрования для защиты ваших устройств, цифровых валют и реальных денег.
Ожидается, что с учетом текущего темпа развития квантовых вычислений, может пройти всего 15 лет, прежде чем они смогут взломать самый высокий уровень шифрования RSA, RSA-2048. Чтобы вы понимали, где мы находимся на этой временной шкале, в конце 2024 года China объявила о том, что одна из её лабораторий смогла преодолеть RSA-50 с помощью квантовых технологий. Но стоит немного смягчить это достижение, потому что взломать RSA-50 так просто, что современный ноутбук может сделать это за считанные минуты.
Чтобы предотвратить эту проблему, используя так называемую "матричную математику", новые стандарты PQC, такие как Kyber, легко противостоят квантовым компьютерам так же, как и 256-битный AES противостоят классическим процессорам сегодня. Один из способов, как это достигается, заключается в создании сложного 3D-объекта, а затем последующем вычислении расстояния между двумя векторами в этой модели. Чтобы узнать правильное расстояние, необходимо также точно рассчитать размеры всех других векторов, содержащихся в объекте, одновременно.
Если вычисление одного вектора возвращается неправильно (что является распространенной проблемой для квантовых компьютеров), ЦПУ придется начать всё сначала с самого начала. Ни один компьютер, ни классический, ни квантовый, не excels в таких специфических тестах.
Гонка в области криптографии началась
Kyber всё ещё проходит строгие испытания со стороны сообщества кибербезопасности на начало 2025 года. Тем не менее, ожидается, что в ближайшие годы он может беспрепятственно интегрироваться в системы, которые в настоящее время полагаются на RSA/ECC/Диффи-Хеллмана – и, надеюсь, до того, как квантовые компьютеры достигнут масштаба, необходимого для их взлома.
Более того, поскольку время взлома 256-битного AES составит всего четверть от времени работы квантового компьютера, потребуется несколько триллионов лет, чтобы получить доступ к любой сети, которую он защищает.
Таким образом, хотя квантовые компьютеры представляют собой реальную угрозу для многих систем мира и валютных обменов в ближайшие десятилетия, к счастью, исследователи в области безопасности всё еще немного опережают развитие криптографии, которая защищает наши данные.
Если вам понравилась эта статья, подпишитесь, чтобы не пропустить еще много полезных статей!
Вы также можете читать наши материалы в:
- Telegram: https://t.me/gergenshin
- Яндекс Дзен: https://dzen.ru/gergen
- Официальный сайт: https://www-genshin.ru