Квантовая связь: за миллиард лет до конца шифра

Американское издание «The National Interest» опубликовало статью директора оборонных программ и стратегий Австралийского института политической стратегии (ASPI) Эндрю Дэвиса «China’s Quantum Cryptography System» («Китайская квантовая криптографическая система»). Статья написана в рамках дискуссии автора со своими коллегами о перспективах квантовой связи. Поводом к ее написанию послужил запуск Китаем первого в мире спутника квантовой связи.

Автор сразу же подчеркивает свой скептицизм в отношении перспектив квантовых вычислений и в целом квантового компьютинга:

«Я подозреваю, что квантовые вычисления окажутся подобны генерации энергии за счет термоядерного синтеза, то есть они хорошо изучены с теоретической точки зрения, их вполне возможно в принципе продемонстрировать в лабораторных масштабах, но трудно реализовать на практике. Термоядерный синтез был открыт много десятилетий назад, и ни один термоядерный реактор до сих пор не был способен генерировать больше энергии, чем требуется для его запуска. Некоторые технические проблемы просто очень трудно решаемы. Квантовые вычисления могут быть одними из них».

Однако Эндрю Дэвис тут же вспоминает первый закон знаменитого фантаста Артура Кларка, который гласит: «Когда выдающийся, но пожилой ученый утверждает, что что-то возможно, он почти наверняка прав. Когда он утверждает, что что-то невозможно, он очень вероятно, неправ».

И сразу же высказывает свою нешуточную тревогу по поводу запуска китайцами первого спутника квантовой связи, так как если китайская квантовая криптографическая система заработает, что это поставит под угрозу применение шифрования с открытым ключом, одного из основных способов безопасной передачи конфиденциальных данных.
Шифрование с открытым ключом - это когда оба абонента (и отправитель, и получатель) имеют по ключу. Ключи связаны друг с другом, но они различны. Если сообщение зашифровано с помощью ключа К1, то расшифровать это сообщение можно только с помощью ключа К2. И наоборот. При этом один ключ называют секретным, а другой – открытым.

Секретный ключ содержится в тайне владельцем пары ключей. Его не знает даже получатель письма. Открытый же ключ передается вместе с информацией в открытом виде, т.к. у абонента имеется один из ключей пары, а другой ключ вычислить просто невозможно.

Шифр

В принципе ничего сверхсложного в таком виде шифрования нет, оно основано на идее, высказанной еще в сороковых годах прошлого века знаменитым математиком Клодом Шенноном. Он предложил строить шифр таким способом, чтобы его раскрытие было эквивалентно решению математической задачи, требующей выполнения огромных объемов вычислений (перебору вариантов), превосходящих возможности современных ЭВМ. Этот период развития криптографии характерен появлением полностью автоматизированных систем шифрованной связи, где каждый пользователь имеет свой индивидуальный пароль для подтверждения подлинности и предъявляет его при входе в систему, будь-то мобильный телефон или персональный компьютер.

Так вот, если будут созданы квантовые системы связи, то их невозможно будет взломать, а с другой стороны квантовые компьютеры будут обладать таким быстродействием и мощностью, что взлом любого существующего шифра будет для них детской задачкой. Этого опасается не только Эндрю Дэвис, но и все экспертное сообщество. И точно так же, как он, все надеются, что квантовая связь и компьютинг еще долго не выйдут из стадии экспериментов.

В фантастической повести братьев Стругацких «За миллиард лет до конца света» несколько ученых, работающих в самых разных направлениях, сталкиваются с неизвестным ранее законом природы, который весьма причудливыми способами тормозит их исследования, дабы не нарушить равновесия Мироздания. Помните, как рассуждает об этом герой повести:

«Не спрашивай меня, говорил Вечеровский, почему именно Малянов и Глухов оказались ласточками грядущих катаклизмов. Не спрашивай меня, какова физическая природа сигналов, потревоживших гомеостазис в том уголке мироздания, где Глухов и Малянов затеяли свои сакраментальные исследования. Вообще не спрашивай меня о механизмах действия Гомеостатического Мироздания — я об этом ничего не знаю, так же как никто ничего не знает, например, о механизмах действия закона сохранения энергии. Просто все процессы происходят так, что энергия сохраняется. Просто все процессы происходят так, чтобы через миллиард лет эти работы Малянова и Глухова, слившись с миллионами и миллионами других работ, не привели бы к концу света. Имеется в виду, естественно, не конец света вообще, а конец того света, который мы наблюдаем сейчас, который существовал уже миллиард лет назад и которому Малянов и Глухов, сами того не подозревая, угрожают своими микроскопическими попытками преодолеть энтропию».

Что касается китайского спутника, то на нем, на самом деле, нет никакого квантового компьютера, зато есть специальное оборудование для генерации так называемых запутанных фотонов.

В привычном нам мире составной предмет всегда можно разделить на отдельные части. Но в микромире (который описывается квантовой механикой) это можно сделать далеко не всегда. Здесь возможны такие состояния (их называются «запутанными») группы частиц, например, тех же фотонов, когда их невозможно разделить.

Невозможно - для злоумышленника или шпиона. А для наземной станции, на которую излучающий запутанные фотоны спутник передаст надежные одноразовые пароли, - вполне. Квантовая связь с помощью специальных квантовых ключей - это своего рода ответ на возможное появление сверхмощных квантовых компьютеров, способных легко взламывать обычные каналы связи.

Таким образом, уже на лабораторном уровне в квантовых системах связи и вычислений началось состязание брони и снаряда. И каким будет его исход, сегодня предсказать невозможно.

Возможно, что квантовая связь и компьютинг, точно так же, как и управляемая термоядерная реакция(о чем напоминает Эндрю Дэвис) или пресловутый философский камень средневековых алхимиков, входят в число тех угрожающих равновесию Вселенной технологий, развитие которых тормозится по каким-то неведомым нам законам природы. Но это вовсе не означает, что ученые забросят эти направления. Нет, они будут продолжать свои исследования, соревнуясь, кто первым достигнет заветной цели, и одновременно с тревогой прогнозировать разрушительные последствия своих гипотетических открытий. Будем же надеяться, что до квантового апокалипсиса у нас есть еще в запасе, по крайней мере, один миллиард лет.

Автор: Владимир Прохватилов, президент Фонда реальной политики (Realpolitik), эксперт Академии военных наук

Квантовая связь: за миллиард лет до конца шифра

Картина дня

Наши публикации