квантовый звонок что это
China Telecom запускает телефонные звонки с квантовым шифрованием для смартфонов
China Telecom, один из трех государственных телекоммуникационных гигантов страны, объявил о новой пилотной программе, позволяющей пользователям смартфонов совершать телефонные звонки, защищенные квантовым шифрованием.
С помощью специальной SIM-карты и приложения некоторые пользователи смартфонов China Telecom в провинции Аньхой могут совершать телефонные звонки, защищенные квантовым шифрованием. Гонка за разработку квантовой технологии может угрожать традиционному шифрованию и привести к новым, более безопасным формам криптографии.
На прошлой неделе компания объявила, что некоторые пользователи China Telecom, одной из трех государственных телекоммуникационных компаний страны, теперь могут совершать телефонные звонки с квантовым шифрованием с помощью специальной SIM-карты и приложения для смартфонов.
Услуга была запущена в качестве пилотной программы в провинции Аньхой, где China Telecom заявила, что набирает «дружественных клиентов». Чтобы получить новую функцию, пользователи должны посетить обычный магазин China Telecom и поменять SIM-карту. Для этого также требуется приложение компании «Квантовый безопасный вызов», которое в настоящее время доступно только для Android, говорится в заявлении China Telecom, сделанном в прошлую пятницу. Компания не раскрывает цены на новую функцию.
В отличие от традиционных методов шифрования, которые полагаются исключительно на алгоритмы, квантовое шифрование защищено законами квантовой физики. Теоретически, вся информация, зашифрованная традиционными алгоритмами шифрования, может быть взломана компьютером, если дать достаточно времени. Квантовая криптография отличается тем, что любая попытка перехвата данных приведет к физическому изменению сообщения, предупреждая отправителя и получателя о возможном прослушивании.
Для пользователей новой услуги China Telecom запуск квантового телефонного звонка сгенерирует два секретных ключа с использованием квантовой информационной технологии. Они используются для проверки личности вызывающего абонента и информации о вызове, обеспечивая сквозное шифрование.
По словам Гао Чэнши, эксперта по криптографии и партнера-основателя разработчика блокчейнов Shanghai Hashvalue Information Technology, нынешнюю технологию, использующую асимметричную криптографию для проверки личности, легче разработать, чем квантовое шифрование, и она достаточно безопасна для удовлетворения текущего рыночного спроса. Однако сверхбыстрые квантовые компьютеры, которые могут легко взломать такие схемы шифрования, могут угрожать нынешним технологиям.
China Telecom заявила, что новая услуга сначала будет доступна пользователям из определенных секторов, которым нужна «абсолютная безопасность», таких, как правительство, военные и финансовые учреждения. В компании добавили, что в будущем она будет распространяться и на гражданское использование.
Услуга была разработана совместным предприятием, созданным в ноябре прошлого года China Telecom и квантовой телекоммуникационной компанией QuantumCTek Group. Лю Гуйцин, исполнительный директор China Telecom, заявил тогда, что компания стремится обеспечить квантовую безопасность вызовов более чем 10 миллионам мобильных пользователей в течение пяти лет.
Компании также заявили, что будут выпускать специальные телефоны с функцией квантового шифрования, которая уже разрабатывается, говорится в сообщении китайских СМИ Jiemian от 1 января со ссылкой на представителя компании, который не предоставил дополнительных подробностей.
Хотя квантовая криптография существует уже много лет, существуют практические ограничения, такие как расстояние передачи. В последние годы Китай стал лидером в увеличении дальности передачи данных с использованием квантового распределения ключей.
В июне 2020 года группа китайских исследователей успешно одновременно передала ключи квантового шифрования на две наземные станции в Китае, расположенные на расстоянии более 1120 км друг от друга. Китай также построил первый в мире квантовый спутник и самую протяженную сеть квантовой связи для ограниченного промышленного использования.
По мере развития квантовых вычислений, некоторые из наиболее широко используемых сегодня форм шифрования также могут оказаться под угрозой. Квантовые компьютеры могут взломать современные методы шифрования, такие как RSA, так же быстро, как это требуется, чтобы поджарить кусок хлеба.
В прошлом году группа китайских ученых установила рекорд с квантовым компьютером Jiuzhang, который за 200 секунд вычислил задачу, на выполнение которой у китайского суперкомпьютера Sunway TaihuLight, четвертого по скорости в мире, потребовалось 2,5 миллиарда лет.
В постоянно развивающейся игре в кошки-мышки, в криптографии, исследователи теперь стремятся усовершенствовать схемы шифрования, устойчивые к атакам со стороны квантовых компьютеров.
Другие страны также стремятся занять лидирующие позиции в квантовой науке и технологиях, при этом США, Европейский Союз и Великобритания опубликовали свои собственные планы в последние годы.
Компании в других странах также уже используют квантовые технологии в телефонах и телекоммуникациях. В мае прошлого года Samsung выпустила смартфон 5G, который включает в себя чипсет, генерирующий квантовые случайные числа, в качестве дополнительного уровня безопасности. Британская BT Group и европейское подразделение Toshiba также объявили в октябре прошлого года о развертывании 6-километровой квантовой защищенной сети между двумя местными исследовательскими институтами.
По данным внутреннего аналитического центра Qianzhan Industry Research Institute, в Китае размер рынка квантовых телекоммуникаций в 2019 году составил 32,5 миллиарда юаней (5 миллиардов долларов США), что почти на 20 процентов больше, чем годом ранее.
Вступая в квантовую связь
Директор по логистике ПГК Михаил Петров в своем блоге опубликован авторскую колонку о квантовых коммуникациях на железной дороге. Делимся его материалом с вами!
Способен ли обычный российский школьник взломать корпоративную сеть огромной компании с оборотом под 2 триллиона рублей? Почему бы и нет. В январе 2021 года новосибирский подросток Алексей Сопов (он же блогер LMonoceros) «хакнул» систему передачи данных ОАО «РЖД», получив доступ к ресурсам нескольких дирекций компании, в том числе к камерам видеонаблюдения на вокзалах. К счастью, Алексей оказался «бессребреником»: он честно и подробно описал свое ноу-хау в собственном блоге, откуда новость быстро разлетелась по СМИ (об этом писали и на vc.ru). Но этот случай еще раз заставил задуматься над проблемами информационной безопасности на критических объектах инфраструктуры с высокой стоимостью данных – будь то железная дорога, банковская система или структуры госсектора.
Наиболее перспективным направлением для решения этих задач являются квантовые коммуникации – технологии, основанные на принципах квантовой механики. В принципе, «куст» этих технологий слишком широк для одной колонки, поэтому подробнее о перспективах квантовой сенсорики, вычислений и криптографии поговорим как-нибудь в другой раз.
Квантовые коммуникации: в чем их преимущества?
Технологии квантовых коммуникаций основаны на передаче данных с помощью единичных фотонов – квантов. Физические свойства квантов не позволяют незаметно перехватывать сообщения, передаваемые с их помощью (таковы уж фундаментальные законы квантовой механики). Конечно, для передачи данных приходится задействовать сложные алгоритмы шифрования и квантового распределения ключей, но если предельно упрощать вывод, то квантовая связь является абсолютно защищенной.
Эти технологии базируются на передаче информации как по открытому воздуху, так и по имеющимся оптоволоконным сетям. Железные дороги – это всероссийская инфраструктура, в контуре которой есть и оптоволоконные линии, и станции, которые должны стать промежуточными «доверенными узлами» в квантовых сетях. Поэтому неудивительно, что именно ОАО «РЖД» было определено Правительством той компанией, которая отвечает за развитие квантовых коммуникаций в рамках национальной программы «Цифровая экономика».
Зачем самим железнодорожникам квантовые коммуникации?
Если кейс новосибирского блогера вас не убедил, то вот еще один факт. Только за 2020 год на российских железных дорогах зафиксировано более 28 000 попыток заражения вредоносным программным обеспечением (компьютерными вирусами и «червями»). И в большинстве случае это были совсем уже не шутки. Например, многие хакеры пытались получить логины и пароли для доступа к системам перечисления денежных средств. А это уже касается абсолютно всех участников рынка: ведь все операторы платят за использование общей инфраструктуры для перевозок грузов, пассажиров или багажа.
«Финансовые» атаки – полбеды. Гораздо хуже, если злоумышленники навредят системам, отвечающим за безопасность перевозочного процесса. Где гарантия, что не найдется какой-то талантливый сумасшедший, который способен «взломать» алгоритм переключения стрелок и спровоцировать столкновение поездов? Очевидно, что для защищённого управления перевозочным процессом также лучше всего подходят системы квантового распределения ключей шифрования. А для безопасных коммуникаций с внешними контрагентами (в частности, для системы заявок на грузоперевозки) можно применять т.н. постквантовую криптографию.
Соглашение между железнодорожным холдингом и правительством России о развитии квантовых коммуникаций было заключено еще летом 2019-го. В развитие квантовых технологий на железных дорогах РФ планируется вложить около 24,7 млрд руб (в том числе 12,9 млрд руб. – из федерального бюджета).
Чего добились и куда едем дальше?
Очевидно, что столь существенные средства вкладываются не только в обеспечение информационной и операционной безопасности. Квантовые решения пройдут обкатку на конкретных инфраструктурных проектах – а в конечном счете речь идет о создании и развитии полноценного коммерческого рынка квантовых коммуникаций. Общероссийская квантовая сеть будет базироваться на магистральных оптоволоконных каналах РЖД, и к 2024 г. ее суммарная протяженность должна составить около 10 тыс. км.
В уходящем 2021 году уже запущены пилотные проекты, позволяющие оценить перспективы новых технологий коммуникаций.
В августе при участии АО «Компания ТрансТелеКом» и АО «Международный аэропорт «Шереметьево» была успешно протестирована квантовая линия связи между авиатерминалом F и Центром обработки данных (ЦОД), расположенным в нескольких километрах за пределами аэропорта.
Еще одним перспективным игроком становится «Ростелеком», заинтересованный в использовании квантового шифрования для защиты собственных магистральных каналов.
Едва ли не самым эффектным проектом стал пуск магистральной квантовой сети Москва – Санкт-Петербург. Эта сеть протяженностью около 700 км стала крупнейшей в Европе. В июне состоялся первый «квантовый звонок» между Москвой и Санкт-Петербургом. В видеоконференции по магистральному квантовому защищенному каналу между двумя столицами участвовали зампредседателя Правительства РФ Дмитрий Чернышенко и губернатор Санкт-Петербурга Александр Беглов.
Говорят, «VIP-абоненты» были впечатлены. Но недалек и тот день, когда квантовые коммуникации станут обыденной практикой в работе множества людей.
Квантовая защита: как работает сеть связи, которую невозможно прослушать
Центр квантовых технологий МГУ и кампусы университета на Ленинских горах и Моховой связала первая в мире квантовая сеть. Ее особенность в том, что звонки или видеоконференции полностью защищены от прослушивания или взлома.
Внедрение безопасной системы связи это лишь начало. Российские ученые уже создали прототип компьютера, который сможет решать задачи, непосильные даже для самой мощной современной техники.
Сергей Кулик, научный руководитель Центра квантовых технологий МГУ: «Аппарат называется квантовый телефон. Можно очень безопасно обмениваться сообщениями. Поскольку это квантовая сеть, звонок взломать невозможно. Так она устроена, что те однофотонные состояния, которые формируют ключ, если их попытаются перехватить, связь прерывается».
Квантовые ключи, которые меняются несколько раз в минуту и необходимы для шифрования, вырабатываются не в телефонах, а между сетью устройств, соединенных оптическим волокном. Сеть МГУ уже состоит из 20 телефонных аппаратов, а протяженность квантового канала свыше 30 километров. Для данной технологии это очень много. Эта сеть, которую прослушать невозможно, существует не первый день. Новость в том, что теперь, после испытаний и проверок, технология сертифицирована ключевыми органами безопасности. Стойкость к взлому доказана.
Устойчивость технологии к взлому основана на фундаментальном принципе квантовой физики о невозможности измерить фотон, не изменив при этом его состояние. Это лишь один из парадоксов квантовой механики.
Работа с этим фундаментальная наука настоящего для практики в будущем. Главная цель ученых квантовые компьютеры. В теории такие машины смогут решать благодаря парадоксам квантового мира задачи, с которыми не справятся сколь угодно большие суперкомпьютеры нынешней механики. По сути, пока действительно рабочего и применимого на практике квантового компьютера нет. Есть только прототипы, собранные буквально вручную.
По оценкам экспертов, после 2027 года рынок квантовых компьютеров будет расти на 50% в год. То есть это то будущее, которое уже можно потрогать. Квантовый телефон, квантовый шифровальщик и квантовый же генератор случайных чисел будущее, которое уже используется и даже продается.
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 связь: перспективы
(с) New quantum dot could make quantum communications possible
Телеграф «убил» голубиную почту. Радио вытеснило проводной телеграф. Радио, конечно, никуда не исчезло, но появились другие технологии передачи данных – проводные и беспроводные. Поколения стандартов связи сменяют друг друга очень быстро: 10 лет назад мобильный интернет был роскошью, а теперь мы ждем появления 5G. В скором будущем нам понадобятся принципиально новые технологии, которые будут превосходить современные не меньше, чем радиотелеграф — голубей.
Что это может быть и как оно повлияет на всю мобильную связь — под катом.
Виртуальная реальность, обмен данными в умном городе с помощью интернета вещей, получение информации со спутников и из поселений, расположенных на других планетах Солнечной системы, и защита всего этого потока — такие задачи нельзя решить одним только новым стандартом связи.
Квантовая запутанность
(с) New Experiment Allow Us To “See” Quantum Entanglement With The Naked Eye. На самом деле мы не можем увидеть квантовую запутанность, но красивая визуализация помогает понять суть явления.
Один из основных вариантов ожидающей нас эволюции связи — использование квантовых эффектов. Эта технология не исключит, но может дополнить традиционные виды связи (хотя нельзя сходу отвергнуть идею, что сеть на основе квантовой запутанности, теоретически, может вытеснить остальные виды связи).
Квантовая запутанность — это явление связи квантовых характеристик. Связь может сохраняться, даже если частицы расходятся на большое расстояние, так как, измеряя квантовые характеристики одной из связанных частиц, мы автоматически узнаем характеристики и второй. Первый протокол квантовой криптографии появился ещё в 1984 году. С тех пор создано множество как экспериментальных, так и коммерческих систем, основанных на явлениях квантового мира.
(с) Chinese Academy of Sciences
Создать глобальную совершенную систему шифрования до недавнего времени не удавалось — уже через несколько десятков километров передаваемый сигнал затухал. Предпринимали много попыток увеличить это расстояние. В этом году Китай запустил спутник QSS (Quantum experiments at Space Scale), который должен реализовать схемы квантового распределения ключа на расстоянии более 7000 километров.
Спутник будет генерировать два запутанных фотона и отправлять на Землю. Если всё пройдет удачно, то распределение ключа при помощи запутанных частиц станет началом эры квантовой связи. Десятки таких спутников смогли бы стать основой не только нового квантового интернета на Земле, но и квантовой связи в космосе: для будущих поселений на Луне и Марсе и для дальней космической связи со спутниками, направляющимися за пределы Солнечной системы.
Квантовая телепортация
Устройство для квантового распределения ключа в лабораторных условиях, Российский квантовый центр.
При квантовой телепортации никакого материального переноса объекта из пункта А в пункт Б не происходит — происходит передача «информации», а не вещества или энергии. Телепортация используется для квантовых коммуникаций, например для передачи секретной информации. Надо понимать, что это не информация в привычном нам виде. Упрощая модель квантовой телепортации, можно сказать, что она позволит генерировать последовательность случайных чисел на обоих концах канала, то есть мы сможем создать шифроблокнот, который нельзя перехватить. В обозримом будущем это единственное, что можно сделать с помощью квантовой телепортации.
Впервые в мире телепортация фотона состоялась в 1997 году. Спустя два десятилетия телепортация по оптоволоконным сетям стала возможна на десятки километров (в рамках Европейской программы в области квантовой криптографии рекорд составил 144 километра). Теоретически, уже сейчас в городе можно построить квантовую сеть. Однако есть существенная разница между лабораторными и реальными условиями. Оптоволоконный кабель подвергается перепадам температур, из-за чего меняется коэффициент преломления. Из-за воздействия солнца может сдвинуться фаза фотона, что в определенных протоколах приведёт к ошибке.
Казанский Квантовый Центр, лаборатория квантовой криптографии.
Эксперименты ведутся по всему миру, в том числе и в России. Несколько лет назад появилась первая в стране линия квантовой связи. Она связала два корпуса университета ИТМО в Санкт-Петербурге. В 2016 году ученые из Казанского квантового центра КНИТУ-КАИ и университета ИТМО запустили первую в стране многоузловую квантовую сеть, добившись скорости генерирования просеянных квантовых последовательностей в 117 кбит/c на линии протяжённостью 2,5 километра.
В текущем году появилась и первая коммерческая линия связи — Российский квантовый центр связал офисы «Газпромбанка» на расстоянии 30 километров.
Осенью физики лаборатории квантовых оптических технологий МГУ и Фонд перспективных исследований испытали автоматическую систему квантовой коммуникации на расстоянии 32 километра, между Ногинском и Павловским Посадом.
С учётом темпов создания проектов в области квантовых вычислений и передачи данных, через 5-10 лет (по мнению самих физиков) технология квантовой коммуникации окончательно выйдет из лабораторий и станет такой же привычной, как мобильная связь.
Возможные недостатки
(с) Is Quantum Communication Possible
В последние годы всё чаще обсуждают вопрос информационной безопасности в сфере квантовой связи. Раньше считалось, что с помощью квантовой криптографии можно передавать информацию таким образом, что её нельзя перехватить ни при каких обстоятельствах. Оказалось, что абсолютно надежных систем не существует: физики из Швеции продемонстрировали, что при некоторых условиях квантовые системы связи можно взломать благодаря некоторым особенностям в подготовке квантового шифра. Кроме того, физики из Калифорнийского университета предложили метод слабых квантовых измерений, который фактически нарушает принцип наблюдателя и позволяет вычислить состояние квантовой системы по косвенным данным.
Впрочем, наличие уязвимостей — это не повод отказываться от самой идеи квантовой связи. Гонка между злоумышленниками и разработчиками (учеными) продолжится на принципиально новом уровне: с использованием оборудования с высокими вычислительными мощностями. Такое оснащение по силам далеко не каждому хакеру. Кроме того, квантовые эффекты, возможно, позволят ускорить передачу данных. С помощью запутанных фотонов можно передавать почти вдвое больше информации в единицу времени, если их дополнительно кодировать с помощью направления поляризации.
Квантовая связь — не панацея, но пока она остается одним из самых перспективных направлений развития глобальных коммуникаций.