Texgologiyalari universiteti

1.3 Kvant shifrlash tizimlari tahlili

Kvant-kriptografik aloqa tarmoqlarida yuqori tezlikda, magistral, juda qulay ulanishni amalga oshiradigan Quantum Communications Link Technology;

Kriptografik kalitlarni boshqarish tizimlarining buzilishidan ishonchli va himoyani ta'minlaydigan, shuningdek, kvant kriptografik aloqalarining maxfiyligini, yaxlitligini va mavjudligini oshiradigan ishonchli tugun texnologiyasi;

Masofani uzaytiradigan va erdagi kriptografik kalit o'rni himoya qiladigan kvant relay texnologiyasi;

Global va keng ko'lamli kvant kriptografik aloqa tarmoqlarini boshqaradigan va boshqaradigan global tarmoqlarni qurish va ulardan foydalanish texnologiyasi.

Kvant shifrlashda zarrachaning kvant holatida shifrlangan kalitlar, ko'pincha chigallashgan foton ko'rinadi. Kvant mexanikasida kvant holatini o'lchash uning o'zgarishiga olib kelishi sababli, kimdir kvant kalitini ko'rishga harakat qilganligini bilib olishingiz mumkin. Bu sizga buzilgan kalitlarni aniqlash va tegishli choralarni ko'rish imkonini beradi.

Kvant shifrlash asoslari yaxshi tushunilgan bo'lsa-da, hatto Yer bilan kosmik o'rtasida kvant kalitlarini taqsimlash namoyishlari bo'lib o'tgan bo'lsa-da, kalitlarni taqsimlash va taqsimlash hali ham kamdan-kam uchraydi.

Toshiba va NEC, shuningdek Yaponiyaning bir nechta universitetlari global kvant kalitlarini tarqatish xizmati ustida ishlamoqda. Loyihani birinchi yili amalga oshirish uchun Yaponiya hukumati 13,3 million dollar ajratdi.

Manbaning eslatishicha, 2020 yil 23 iyulda Chikago universitetida kvant Internet loyihasi taqdim etildi. Rejaga ko'ra, taxminan bir yil ichida olimlar Chikago universiteti laboratoriyasi va Batavia shahridagi Fermi milliy laboratoriyasi (Chikago, AQSh) o'rtasida kvant aloqa kanalini yaratishi kerak.
Kvant kalitlarini taqsimlash - bu xavfsiz aloqalarni ta'minlash uchun kvant hodisalarini ishlatadigan kalitlarni uzatish usuli. Ushbu usul ochiq aloqa kanali orqali ulangan ikki tomonga faqat o'zlariga ma'lum bo'lgan umumiy tasodifiy kalitni yaratishga va undan xabarlarni shifrlash va parolini ochish uchun foydalanishga imkon beradi .

Ma'lumotlarni shifrlash Internet xavfsizligining kalitidir

Shifrlash kompyuterlar va boshqa Internetdagi ma'lumotlarni himoya qilishning asosidir. Axborotni shifrlash uchun ba'zi bir maxfiy qoida va belgilar majmui - kalit yordamida uni ma'nosiz chalkashlikka aylantirish kerak. Yuboruvchining aytmoqchi bo'lgan narsani tushunish uchun siz "chalkashliklar" ni ochishingiz kerak - shuningdek kalit yordamida.

Shifrlashning eng oddiy misollaridan biri shundaki, har bir harf ma'lum bir raqam bilan almashtiriladi (masalan, A - 1, B - 2 va boshqalar). Ushbu misolda "baobab" so'zi "2 1 15 2 1 2" ga o'xshaydi va kalit har bir harf raqamga mos keladigan alifbo bo'ladi. Aslida, albatta, yanada murakkab qoidalar qo'llaniladi, ammo jarayonning mohiyati taxminan bir xil bo'lib qoladi.

Agar bizning misolimizda bo'lgani kabi, barcha suhbatdoshlar uchun kalit bir xil bo'lsa, bunday shifrlar nosimmetrik deb nomlanadi. Nosimmetrik shifrdan foydalanishni boshlashdan oldin, barcha suhbatdoshlar o'zlarini shifrlash va boshqalarning xabarlarini parolini hal qilish uchun ushbu kalitni olishlari kerak. Bundan tashqari, uni shifrlanmagan holda yuborish kerak bo'ladi (axir shifrlash uchun hech narsa yo'q). Agar siz kalitni Internet orqali o'tkazishingiz kerak bo'lsa, tajovuzkorlar uni ushlab qolishlari va siz u bilan himoya qilgan barcha narsalarni muvaffaqiyatli josuslik qilishlari mumkin. Bu juda qulay emas.

Shuning uchun ikkita kalitdan foydalanadigan shifrlash algoritmlari mavjud: shifrni ochish uchun xususiy va xabarlarni shifrlash uchun umumiy (bu kalitlar ham shaxsiy va umumiy deb nomlanadi). Ikkalasi ham qabul qiluvchi tomonidan yaratilgan. U shaxsiy kalitni hech kimga bermaydi, demak u ushlanmaydi.

Ikkinchidan, ochiq kalit har kim o'zi bilan ma'lumotni shifrlashi uchun mo'ljallangan, ammo uni faqat tegishli shaxsiy kalit yordamida parolini hal qilish mumkin. Natijada, uni shifrlanmagan shaklda uzatish qo'rqinchli emas - bu hech narsaga tahdid solmaydi. Shifrlashga bunday yondashuv assimetrik deb nomlanadi.

Buning qanday ishlashini tushunish uchun quyidagi vaziyatni tasavvur qilaylik. Aytaylik, Boris Alloga maxfiy hujjat yubormoqchi. U bu haqda unga xabar beradi va Alla javoban unga qulfni yuboradi, u kalitsiz qulflanadi va kalitni o'zida saqlaydi.

Boris hujjatni temir qutiga solib, ustiga qulf qo'yadi va uni Ollohga yuboradi. Agar ayg'oqchilar yo'lda posilkani ushlab qolishsa ham, qulfni ocholmaydilar, chunki faqat bitta kalit bor - va faqat Alla unga ega.

Zamonaviy shifrlash tizimlarida "qulf" ham, "kalit" ham (ya'ni ochiq va yopiq kalitlar), qoida tariqasida, juda katta sonlar bo'lib, algoritmlarning o'zi bu raqamlar ishtirok etadigan murakkab matematik operatsiyalar asosida tuzilgan . Bundan tashqari, operatsiyalar shunday tanlanganki, ularni "orqaga qaytarish" nihoyatda qiyin. Shuning uchun ochiq kalitni bilish shifrni buzmoqchi bo'lgan kishiga yordam bermaydi.

Kvant shifrining yorilishi

Shunday qilib, ochiq kalit bilan shifrlangan shifrni faqat uning shaxsiy "sherigi" ochishi mumkin - boshqa hech narsa yo'q. Bu shuni anglatadiki, tajovuzkorlar shaxsiy kalitni topishga harakat qilmoqdalar. Biz aytganimizdek, uni ushlab qolish mumkin emas, chunki u hech qanday joyda yuqmaydi. Ammo nazariy jihatdan uni jamoatchilikdan olish mumkin.

Shu bilan birga, kriptografik algoritmlar maxsus tarzda yaratilganki, ochiq kalitdan shaxsiy kalitni olish muammosi oqilona vaqt ichida hal etilmaydi.
Bu erda kvant kompyuterlari kiradi. Haqiqat shundaki, ular tabiatiga ko'ra bunday muammolarni an'anaviy kompyuterlarga qaraganda ancha tezroq hal qilishadi.
Shunday qilib, shifrni buzish uchun asossiz vaqt kvant kompyuteridan foydalanganda juda oqilona bo'lishi mumkin. Va bu, nazariy jihatdan, kvant kompyuter tomonidan buzilishi mumkin bo'lgan shifrdan foydalanishning barcha nuqtalarini bekor qilishi mumkin.

Kvant xakerlikdan himoya

Agar biron kun sizning ma'lumotlaringiz shifrini ochib, kvantli kompyuter bilan boy jinoyatchilar tomonidan o'g'irlansa, degan fikr sizni titratsa, xavotirlanmang: xavfsizlik bo'yicha mutaxassislar allaqachon himoya haqida o'ylashmoqda. Bugungi kunda foydalanuvchi ma'lumotlarini bosqinchilar tomonidan saqlashi kerak bo'lgan bir nechta asosiy mexanizmlar mavjud.

1. 
   Kvant hujumlariga chidamli an'anaviy shifrlash algoritmlari. Ishoning yoki ishonmang, biz allaqachon kvant kompyuterlari uchun unchalik dahshatli bo'lmagan shifrlash usullaridan foydalanmoqdamiz. Masalan, WhatsApp va Signal kabi messenjerlarda ishlatiladigan mashhur AES algoritmini buzish, garchi kvant kompyuterlari tezlashsa ham, ammo ahamiyatsiz. Ular boshqa ko'plab nosimmetrik (ya'ni bitta kalit bilan) shifrlar uchun o'lik tahdid emas. To'g'ri, bu erda biz suhbatning barcha ishtirokchilariga kalitni o'tkazish muammosiga qaytamiz.
   
2. 
   Kvant hujumlaridan himoya qilish uchun maxsus ishlab chiqilgan algoritmlar. Garchi hozirda hech kim assimetrik shifrlarni buzmasa ham, matematiklar allaqachon kuchli kvant texnologiyalari qo'rqmaydigan yangilarini taklif qilishmoqda. Shunday qilib, kiberjinoyatchilar kvant kompyuterlarini qo'lga kiritadigan vaqtga kelib, ma'lumotlar himoyachilari qarshi kurashishga qodir.
   
3. 
   Bir vaqtning o'zida bir nechta usulda shifrlash. Yaxshi va allaqachon mavjud bo'lgan echim turli xil algoritmlardan foydalangan holda ma'lumotlarni bir necha marta shifrlashdir. Hujumchilar bittasini buzsa ham, qolganlari bilan kurashishlari haqiqat emas.
   
4. 
   Kvant texnologiyasini o'zlariga qarshi ishlatish. Eslatib o'tamiz, kvant kompyuterlari bilan buzish uchun unchalik xavfli bo'lmagan nosimmetrik shifrlardan xavfsiz foydalanish uchun kvant kalitlarini uzatish tizimlari qo'llaniladi. Ular xakerlardan himoyalanishga kafolat bermaydilar, ammo ular ma'lumot ushlanganligini aniq bilib olishga imkon beradi. Shunday qilib, yo'lda shifrlash kaliti o'g'irlangan bo'lsa, siz uni rad qilishingiz va boshqasiga o'tkazishingiz mumkin. To'g'ri, buning uchun maxsus jihozlar kerak, ammo u o'zini o'zi sotadi va davlat tashkilotlari va xususiy kompaniyalarda ishlaydi.
   

Butun Internet buzilmaydi

Shunday qilib, kvant kompyuterlari, ehtimol, an'anaviy ravishda mavjud bo'lmagan shifrlarni buzishi mumkin bo'lsa-da, ular hali ham qodir emas. Bundan tashqari, himoya texnologiyalari faol ravishda ishlab chiqilmoqda va tajovuzkorlarning qurollanish poygasidan foydalanishiga yo'l qo'ymaydi.
Shunday qilib, butun dunyodagi shifrlash birdaniga qulashi ehtimoldan yiroq emas, faqat ba'zi algoritmlar oxir-oqibat boshqalarini almashtiradi va bu yomon emasligi haqiqat emas. Bu hozir sodir bo'lmoqda, chunki texnologiya bir joyda turmaydi.