квантовая линия ржд что это
Москву и Санкт-Петербург соединили квантовой линией связи
G. P. Miroshnichenko et al. / Optics Express, 2018
В России запущена 700-километровая линия квантовой защищенной связи, соединившая Москву и Санкт-Петербург, говорится в сообщении на сайте правительства РФ. Линия, созданная РЖД при участии петербургского университета ИТМО, содержит 19 доверенных узлов, информация в ней кодируется в фазовых состояниях фотонов, а скорость передачи ключа составляет около 300 бит в секунду.
Современная криптография позволяет шифровать сообщения так, что их не сможет расшифровать никто, кроме того, у кого есть ключ (для этого, например, достаточно, чтобы длина ключа была равна или превышала длину зашифрованного текста). Главная уязвимость этих методов — необходимость передачи ключа по защищенному каналу, создавать который очень сложно и дорого, а с учетом того, что ключи надо регулярно менять (скажем, несколько раз в секунду), иногда и бессмысленно. Поэтому в современных коммуникациях широко используются протоколы шифрования с открытым ключом. В таких протоколах используются асимметричные функции, например, разложение чисел на простые множители, что делает дешифровку крайне сложной (но она все-таки возможна).
Квантовые линии предназначена для того, чтобы сделать безопасной саму процедуру передачи ключа. В этом методе информацию о ключе несут единичные фотоны в виде своих характеристик — например, поляризации, фазы или формы волнового фронта. При попытке злоумышленника измерить эту характеристику, необратимо нарушается квантовое состояние фотона, что фиксируется адресатом. Подробнее о протоколе квантовой связи можно прочесть в нашем материале «Выдергиваете и сжигаете».
Однако у квантовой связи есть существенные ограничения — шумы, помехи, колебания температуры меняют состояния фотонов, и чем на большее расстояние надо передать сигнал, тем меньше фотонов выживает, и тем ниже скорость передачи ключа. До недавнего времени предельная дальность передачи по оптоволоконной сети не превышала 100 километров, на большем расстоянии почти все фотоны теряют свои состояния. Эту проблему пытаются решить либо с помощью трансляции через спутник, либо создавая доверенные узлы — то есть «станции» усиления сигнала, которые, как рассчитывают создатели квантовой линии, недоступны для злоумышленников. Квантовые повторители — «усилители» сигнала, которые при этом не разрушают квантовых состояний — пока еще не созданы. Тем не менее квантовая связь востребована банками и государственными организациями, в России собственные пилотные сети на базе разработок Российского квантового центра создавали «Газпромбанк» и «Сбербанк», в Китае еще в 2017 году была запущена квантовая линия Пекин — Шанхай длиной около двух тысяч километров.
На новой квантовой линии между Москвой и Петербургом 19 доверенных узлов, сообщила N + 1 представитель ИТМО. Три из них находятся в Санкт-Петербурге, три — в Москве и 13 узлов — на железнодорожных станциях от Тосно до Крюково. По словам директора центра квантового интернета ИТМО Сергея Хоружникова, одиночные фотоны не излучаются непосредственно, они возникают на боковых частотах в результате фазовой модуляции классических импульсов инфракрасного лазера с длиной волны 1550 нанометров. Данные кодируются в фазовых состояниях фотонов, а для передачи используется собственный протокол ИТМО, основанный на самом первом протоколе квантовой связи BB84.
Скорость передачи уже просеянного (то есть готового к использованию, очищенного от несовпавших битов) квантового ключа составляет 300 бит в секунду на расстояние около 60 километров.
Квантовая линия Москва — Санкт-Петербург рассматривается только как пилотный участок. Дорожная карта развития квантовых технологий в России предполагает, что к 2024 году в стране будет уже семь тысяч километров квантовых сетей.
Узнать больше о принципах и протоколах квантовой коммуникации можно в нашем курсе «Квантовые технологии».
РЖД внедряет квантовую сеть. Нужны специалисты
Диаграмма протокола BB84: поляризованный фотон передается от Алисы по незащищенному квантовому каналу и перехватывается Бобом, в то время как Ева пытается подслушать канал передачи данных. Источник: Википедия
ОАО «Российские железные дороги» (РЖД) создаёт департамент квантовых коммуникаций, сообщил представитель компании.
Базовая ИТ-инфраструктура компании РЖД включает свыше 70 000 км магистральных волоконно-оптических линий связи. Для строительства квантовой сети нужны так называемые доверенные узлы. Их нужно ставить каждые 100 км, поскольку передаваемый сигнал затухает и его нужно расшифровывать и зашифровывать заново. Эксперты говорят, что у РЖД такие доверенные узлы есть.
В прошлом месяце заключено соглашение РЖД с правительством России о развитии квантовых коммуникаций. Соответсвующий департамент нужен для реализации плана. Начальник департамента ещё не назначен.
Цель соглашения — сделать Россию «одним из лидеров на глобальных технологических рынках в области квантовых коммуникаций».
«В качестве основного механизма реализации соглашения будет разработана дорожная карта развития технологической области квантовых коммуникаций, предусматривающая формирование научно-технологической и производственной инфраструктуры, продвижение продукции мирового уровня, в том числе на базе соответствующих отечественных технологий, и подготовка квалифицированных кадров. Для её выполнения на условиях взаимовыгодного сотрудничества будут привлекаться партнёры (производственные, научные, образовательные и иные организации), включая субъекты малого и среднего предпринимательства, — сказано в июльском сообщении РЖД. — Развитие технологий в области квантовых коммуникаций будет строиться на принципах рыночных отношений и открытости к международному сотрудничеству при соблюдении национальных интересов».
Внедрение квантовой связи осуществляется в рамках стратегии цифровой трансформации ОАО «РЖД». Она предполагает модернизацию сетей и систем связи.
Также ОАО «РЖД» выступает одним из соучредителей ассоциации «Цифровой транспорт и логистика» в рамках программы «Цифровая экономика». Главная задача проекта — «создание и развитие на территории России единого мультимодального транспортно-логистического пространства на основе отечественных цифровых технологий, в том числе квантовых, и отечественного программного обеспечения».
Квантовые коммуникации позволяют обеспечить безопасную передачу информации. Квантовая сеть защищает передаваемые данные благодаря фундаментальным законам квантовой механики. Она допускает транспортировку квантовой информации между физически разделенными квантовыми системами. В распределённых квантовых вычислениях сетевые узлы в сети могут обрабатывать информацию, выполняя функцию квантовых вентилей. Безопасная передача данных реализуется с помощью алгоритмов квантового распределения ключей.
Система генерирует два случайных числа для обоих собеседников, и с помощью фотонов они обмениваются ими и вырабатывают общий ключ. Именно он считается надёжным, и с его помощью шифруется основной трафик.
Новый департамент вместе с научным сообществом и технологическими компаниями будет внедрять квантовые технологии передачи и защиты данных, сообщил представитель РЖД в комментарии «Ведомостям». Цель — повысить эффективность использования инфраструктуры и безопасность железнодорожного транспорта. Сейчас РЖД «внимательно прорабатывает» перспективные направления защиты ИТ-систем, в том числе и связанных с управлением движением. РЖД готова рассматривать иностранных поставщиков технологий, однако приоритет у отечественных разработчиков, пообещал представитель госкомпании.
Квантовые коммуникации в России
В июле 2019 года президиум правкомиссии по цифровому развитию одобрил дорожную карту по развитию квантовых технологий. Её составили Российский квантовый центр и Московский институт стали и сплавов. Программа предполагает инвестиции в это направление 43 млрд руб. до 2024 года.
Квантовые коммуникации — одно из трёх направлений квантовых технологий, которое планируется развивать, наряду с квантовыми компьютерами и сенсорами. Представитель РЖД уточнил, что госкомпания будет разрабатывать для этого направления отдельную дорожную карту.
Российские компании уже тестируют квантовые коммуникации. В июне 2016 года Газпромбанк и Российский квантовый центр запустили защищённый квантовый канал связи между двумя московскими зданиями банка на расстоянии 30 километров.
В 2017 году учёные РКЦ построили и испытали первую в России многоузловую гетерогенную квантовую сеть передачи данных, где используются одновременно два метода кодирования информации, что позволяет приспособить квантовые методы защиты к существующим криптографическим платформам. Квантовая сеть состоит из трёх узлов и двух квантовых каналов, связанных друг с другом «доверенным повторителем».
Квантовая защищённая связь сама по себе может быть установлена только напрямую между двумя точками. Если сеть имеет сложную структуру, то «квантовые участки» сети необходимо связывать друг с другом узлами с повторителями, в которых используются «обычные» методы обработки данных: «Оба квантовых канала сети были созданы на участках обычных оптоволоконных сетей в Москве, один из них имел длину 30 километров, второй – 15 километров. На первом из участков данные кодировались с помощью поляризации фотонов, на втором — в их фазе. В ходе эксперимента скорость генерации просеянного ключа на первом участке составила 0,1 килобита в секунду, скорость генерации секретного ключа, пригодного для шифрования, — 0,02 килобита в секунду. На втором участке, основанном на фазовом методе кодирования, скорость генерации секретного ключа составила 0,1 килобита в секунду», — сказано в сообщении РКЦ.
В 2018 году тестировать квантовые технологии передачи данных начал «Ростелеком». Сбербанк в декабре 2017 года тоже тестировал квантовую линию связи протяженностью 25 км.
В этом году РКЦ, Газпромбанк, Сбербанк и PWC продемонстрировали работу первой межкорпоративной квантовой сети. Установки квантового распределения ключа РКЦ обеспечили сеанс защищённой видеоконференцсвязи между стендами двух крупнейших банков и международной консалтинговой компании. «Поставляемое компанией QRate оборудование может стать основой для построения всероссийской многоузловой сети защищённой связи для банковской системы и госсектора», — сказано в пресс-релизе РКЦ.
Непосредственно для видеосвязи использовался оптоволоконный канал передачи данных с двухсторонним шифрованием, обеспеченным посредством криптошлюзов компании «С-Терра». Ключи для дешифрования данных передавались по отдельному оптическому каналу с помощью установок квантового распределения ключа РКЦ и QRate.
«Мы наблюдаем значительный рост интереса к проектам квантово-защищенных линий связи со стороны крупных игроков. 5 июня в Санкт-Петербурге компанией «Ростелеком» была продемонстрирована рабочая концепция квантовой сети, в которой было использовано оборудование РКЦ и Qrate, — сказал Руслан Юнусов, генеральный директор Российского квантового центра. — Мы очень рады, что крупнейший российский оператор фиксированной связи подключился к развитию этого перспективного направления. Совместная презентация работающих установок квантовой связи между узлами нескольких партнеров демонстрирует нашу готовность к созданию полноценной всероссийской сети квантового распределения ключа, которую смогут использовать все игроки рынка».
В мае 2019 года компания «Инфотекс» представила телефон с квантовой защитой линии связи стоимостью 30 млн руб. Он защищает связь абонентов на расстоянии не более 25 км. Вероятно, аналогичное оборудование выпускают и другие компании.
ViPNet QSS Phone
Устройство ViPNet QSS Phone представляет собой стационарный IP-телефон, подключенный к клиенту квантового распределения ключей и серверу. Серийное производство первых телефонов компании стартует ближе к концу 2019 года. Компания планирует продавать свое устройство, в первую очередь, крупному бизнесу. Базовый набор аппаратуры включает один сервер и два телефона. Оборудование уже показывают и предлагают тестировать потенциальным заказчикам.
В железнодорожных перевозках системы квантового распределения ключей шифрования могут применяться, например, для целей защищённого управления перевозочным процессом, считает партнёр KPMG в России и СНГ Николай Легкодимов. По его мнению, создание профильного научно-образовательного центра поспособствует разработке отечественных решений и подготовке кадров, отсутствие которых является одной из наиболее острых проблем наукоёмких технологий.
В России заработала первая линия квантовой связи
В России начала работу первая линия квантовой связи. Она имеет протяженность 700 км, что делает ее самой крупной в Европе. Строительство вели РЖД на базе собственных оптоволоконных сетей, и к 2024 г. протяженность линий квантовой связи возрастет до 7000 км, хотя изначально планировалось за этот срок развить ее до 10 тыс. км. Размер вложений к 2024 г. составит более 19 млрд руб.
Первая в России линия квантовой связи
В России заработала первая в стране линия связи по магистральному защищенному квантовому каналу. Как сообщили CNews представители РЖД, с ее помощью был осуществлен первый сеанс видеосвязи.
Магистральный канал соединяет Москву и Санкт-Петербург. Он имеет протяженность 700 км, что делает его самым крупным в Европе и вторым по величине в мире. Представители РЖД утверждают, что при строительстве канала использовались отечественные решения.
Строительством канала связи занимались РЖД. Помощь в этом компании оказывали Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики (ИТМО), а также компании ООО «Специальный Технологический Центр», ООО «СМАРТС-Кванттелеком», ООО «Амикон».
Физическая основа квантовых сетей в данном случае – это магистральные оптоволоконные каналы РЖД.
Сеанс связи был осуществлен при участии российского вице-премьера Дмитрия Чернышенко. С его слов, квантовыми коммуникациями интересуются как частные корпорации, так и государственные органы. Чернышенко добавил также, что развитие квантовых сетей в России продолжится, и до 2024 г. их протяженность увеличится до 7000 км.
Председатель правления ОАО «РЖД» Олег Белозеров, тоже принимавший участие в запуске 700-километрового квантового канала связи, назвал этот проект плотным. Он заявил, что на его реализацию ушло меньше года.
Как работают квантовые коммуникации
Основная задача квантовых сетей заключается в безопасной и быстрой передаче данных на большие расстояния. Такие сети базируются на оптоволоконных кабелях. Передаваемые по ним данные шифруются алгоритмом квантового распределения ключей.
Под этим алгоритмом подразумевается создание двух произвольных ключей, по одному для каждой из сторон передачи информации, и выработку общего произвольного ключа, необходимого для шифровки и дешифровки передаваемых данных фотонах. Общий ключ известен только «собеседникам», что исключает возможность несанкционированного перехвата.
В случае осуществления попытки несанкционированного получения доступа к передаваемой информации без ключа дешифровки сами данные будут искажены, поскольку измерение квантового состояния фотона невозможно без внесения в него изменений. Этот принцип лежит в основе квантовой криптографии. Она была предложена более полувека назад, в 1970 г. израильским физиком-исследователем Стивеном Визнером (Stephen Wiesner) и канадским физиком-теоретиком Жилем Брассаром (Gilles Brassard).
Как РЖД связаны с квантами
РЖД – один из инициаторов развития квантовых сетей в России. Об интересе компании к этому направлению стало известно в июле 2019 г, когда она подписала соглашение о намерениях с Правительством России. На церемонии подписания присутствовал Президент России Владимир Путин, а его цель заключается в ускорении технологического развития и достижения Россией позиции одного из лидеров на глобальных технологических рынках в сфере квантовых коммуникаций.
К январю 2020 г. у РЖД был готов проект «дорожной карты» развития квантовых сетей. В Согласно нему, компания планировала вложить в них 24,7 млрд руб. до 2024 г. включительно. Половину этой суммы (12,9 млрд руб.), как было указано в проекте, предлагалось взять из бюджета страны, 5,3 млрд руб. хотели выделить сами РЖД, а 6,5 млрд руб. планировалось привлечь из внебюджетных источников.
В конце июля 2020 г. проект «дорожной карты» претерпел ряд изменений, в том числе и по части размеров вложений. Сумма уменьшилась до 19,3 млрд руб. за период до 2024 г. включительно. Из этой суммы федеральный бюджет выделит 13 млрд руб., внебюджетные источники – 6,5 млрд руб., а РЖД – 5,3 млрд руб.
«Дорожная карта» РЖД была принята властями в конце лета 2020 г., о чем сообщил Дмитрий Чернышенко во время запуска соединившего две столицы квантового канала. «Дорожная карта по квантовым коммуникациям была подписана только в августе прошлого года, но уже сейчас есть конкретный результат – квантовая сеть, которую мы сегодня запустили», – сказал вице-премьер.
Специально для развития квантовых сетей в РЖД в августе 2019 г. было создано отдельное подразделение – Департамент квантовых коммуникаций. Как сообщал CNews, основная цель нового отдела заключается в повышении эффективности бизнес-процессов РЖД, безопасности железнодорожного транспорта, а также наращивание эффективности использования инфраструктуры российской железнодорожной сети.
Планы на будущее
Олег Белозеров сообщил, что РЖД планируют и дальше работать над развитием квантовых сетей в России. «По дорожной карте мы должны реализовать 120 проектов, 75 продуктов и сервисов», – отметил он, добавив, что магистральная квантовая сеть Москва – Санкт-Петербург даст возможность «апробировать новые технологические решения, внедрить критически важные сервисы».
Глава РЖД также сообщил, что компания примет участие в организации проектов по внедрению отечественных программных коммуникационных систем в деятельность исполнительных органов государственной власти Санкт-Петербурга. Для этого РЖД собираются использовать свой опыт в построении системы коммуникаций и применения технологий искусственного интеллекта.
Первая версия проекта «дорожной карты» РЖД гласила, что российский рынок квантовых коммуникаций вырастет как минимум до 55 млрд руб. к 2024 г. По прогнозам компании, к этому времени он должен занять около 8% глобального рынка квантовых сетей.
Следует отметить, что в проекте «дорожной карты» в январе 2020 г. говорилось о наращивании суммарной протяженности российских квантовых сетей до 10 тыс. км. к 2024 г. Спустя полтора года Дмитрий Чернышенко озвучил прогнозы о протяженности 7000 км. С чем связано понижение ожиданий, остается неизвестным.
Квантовая линия ржд что это
Вице-премьер Дмитрий Чернышенко запустил первую линию квантовой связи между Москвой и Санкт-Петербургом. Об этом говорится в сообщении аппарата вице-премьера.
«Заместитель председателя правительства РФ Дмитрий Чернышенко запустил первую линию связи по магистральному квантовому защищенному каналу между Москвой и Санкт-Петербургом. В мероприятии также приняли участие генеральный директор, председатель правления РЖД Олег Белозёров и губернатор Санкт-Петербурга Александр Беглов. Участники совершили совместный видеозвонок с использованием технологий квантовых коммуникаций между главным центром управления РЖД в Москве и ситуационным центром правительства Санкт-Петербурга», – говорится в сообщении.
В аппарате вице-премьера добавили, что во время этого звонка обсуждались перспективы сотрудничества с Ленинградской областью и возможности применения технологии квантовых коммуникаций. Было продемонстрировано отечественное оборудование квантовых коммуникаций, а также работа системы мониторинга квантовой сети.
Также между Санкт-Петербургом и РЖД было заключено соглашение о сотрудничестве и взаимодействии в области квантовых коммуникаций и коммуникационных систем. Партнеры будут способствовать развитию рынка квантовых коммуникаций в Санкт-Петербурге и укреплению научно-технического потенциала предприятий города, внедрению квантовых технологий передачи и защиты данных, добавили там.
«Мы рады, что с такими партнерами как РЖД в рамках нацпроекта «Цифровая экономика» реализовываем сложные проекты в короткие сроки. Напомню, дорожная карта по квантовым коммуникациям была подписана только в августе прошлого года, но уже сейчас есть конкретный результат – квантовая сеть, которую мы сегодня запустили. На эту технологию большой спрос и со стороны государственных органов, и, что важно, со стороны бизнеса. В процесс организации квантовой сети было вовлечено большое количество партнеров – от малых инновационных и научных институтов до больших корпораций», – сказал Дмитрий Чернышенко.
Развитие квантовых технологий
Вице-премьер также подчеркнул востребованность технологий квантовых коммуникаций в условиях растущих киберугроз. «Россия находится в числе лидеров по развитию квантовых технологий, а первый отрезок нашей квантовой сети протяженностью 700 км является самым крупным в Европе и вторым по величине в мире. У нас большие планы и амбиции, и мы будем развивать эту технологию, чтобы защищенные сети квантовых коммуникаций были по всей стране. До 2024 г. будет запущено 7 тыс. км квантовых сетей, продолжение реализации проекта обеспечено финансированием», – заявил он.
«Менее года ушло на то, чтобы реализовать пилотный проект, и сегодня мы открываем новую страницу в истории страны. Проект строительства пилотного участка магистральной квантовой сети Москва – Санкт-Петербург завершен – это, безусловно, настоящий прорыв в сфере отечественных телекоммуникаций. И это только первый шаг. По дорожной карте мы должны реализовать 120 проектов, 75 продуктов и сервисов. Сегодня уже можно сказать, что Россия занимает лидирующие позиции в мире по квантовым коммуникациям», – цитирует аппарат вице-премьера слова гендиректора РЖД Олега Белозёрова.
Он добавил, что магистральная квантовая сеть Москва – Санкт-Петербург даст возможность апробировать новые технологические решения и внедрить критически важные сервисы. Также глава РЖД сообщил, что компания примет участие в проектах по внедрению отечественных программных коммуникационных систем в деятельность исполнительных органов государственной власти Санкт-Петербурга, используя опыт в построении систем коммуникаций и применении технологий искусственного интеллекта.
О магистральной квантовой сети
Магистральная квантовая сеть Москва – Санкт-Петербург протяженностью около 700 км – самая крупная в Европе и вторая по величине в мире. Она создана на базе оригинальных отечественных решений. Новая инфраструктура позволяет с высочайшим уровнем защищенности передавать большие массивы данных. Сохранность информации гарантируется на уровне принципов квантовой физики.
Квантовые коммуникации – это новая высокотехнологичная отрасль, сформировавшаяся на стыке технологий фотоники (работа с оптическими сигналами и создание устройств на их основе) и квантовых технологий. Партнерами ОАО «РЖД» в ходе реализации проекта строительства пилотного участка магистральной квантовой сети Москва – Санкт-Петербург выступили Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики (ИТМО), ООО «Специальный Технологический Центр», ООО «СМАРТС-Кванттелеком», ООО «Амикон».
«Транстелеком» построил квантовую сеть Москва – Петербург
По информации издания «Ведомости», оператор связи «Транстелеком» (дочерняя компания ОАО «РЖД») построил квантовую линию связи между Москвой и Петербургом. Ее запуск намечен на второй квартал 2021 года. Основное оборудование квантовой сети российского производства. Этот 800-километровый защищенный канал связи будет доступен госорганизациям, финансовому сектору и силовым структурам.
Представитель «Транстелеком» пояснил «Ведомостям», что «сеть уже существует, оборудование смонтировано, осталось выполнить пусконаладку и пуск в виде переданного квантового ключа».
Квантовая сеть — это система передачи данных, работающая по законам квантовой механики. В таких сетях обмен данными осуществляется при помощи кубитов. Это поляризованные фотоны, транслируемые по каналу оптической связи.
«Ведомости» уточнили, что это только первая часть из глобального проекта квантовой сети в 10 000 км. Общий бюджет магистральной квантовой сети России составляет 16,7 млрд руб. Причем только около 10 млрд выделятся государством, 6,7 млрд – это внебюджетное финансирование, из которых 5 млрд руб. предоставляет РЖД. Согласно дорожной карте развития квантовых коммуникаций, разработанной РЖД и утвержденной правительством, к 2024 году этот сегмент защищенных коммуникаций может принести до 55 млрд руб. Услуги, которые можно оказывать с помощью квантовой сети: передача данных банков и госструктур, систем интернета вещей и управление беспилотными поездами.
В России параллельно идет реализация другого проекта квантовой сети. «Ростелеком» сейчас создает защищенный канал между своими ЦОДами — калининским и московским.
Эксперты «Ведомостей» пояснили, что это очень спорный бизнес-план, так как круг клиентов этой квантовой сети будет сильно ограничен. Большинство компаний в России не смогут получить какого-либо явного преимущества при использовании квантового шифрования. Также уровень информационной безопасности их систем после перехода на квантовые каналы связи не особо увеличится, так как все утечки происходят в основном из-за внутренних действий сотрудников, например, банков или операторов связи.
Эксперименты с квантовыми сетями и распределением квантовых ключей ведутся в России около двадцати лет. Основная часть проектов проходит под руководством ученых из Российского квантового центра и университета ИТМО.