Rivalry2

HTML Diff

1 added 1 removed

Original 2026-01-01

Modified 2026-02-21

1 <a>#статьи</a>

2 <ul><li>21 мар 2022</li>

3 <li>0</li>

4 </ul><h2>Как интернет защищает информацию и почему эту защиту скоро разрушат квантовые компьютеры</h2>

5 Данные в интернете защищены системами шифрования. Но квантовые компьютеры легко их взломают - если появятся, конечно :)

6 Кадр: сериал "Кремниевая долина"

7 Программист, консультант, специалист по документированию. Легко и доступно рассказывает о сложных вещах в программировании и дизайне.

8 Передавать информацию по интернету - опасно. Когда мы расплачиваемся за товары банковской картой или отправляем письма по электронной почте, то надеемся, что наши данные не попадут в руки злоумышленников.

9 И интернет действительно спроектировали так, чтобы он защищал чувствительную информацию: для этого между клиентами и серверами создаются безопасные каналы связи. Например, когда мы просматриваем в браузере веб-страницу, в адресной строке рядом с URL-адресом часто появляется значок в виде маленького замочка. Это означает, что обмен данных ведётся по защищённому протоколу<a>HTTPS</a>(S как раз и означает Secure).

10 Как это работает? Когда информация передаётся от пользователя к сайту и обратно, она проходит через узлы интернет-сети. Теоретически на каждом узле её могут перехватить злоумышленники. Чтобы не допустить этого, каждый фрагмент данных (пакет) шифруется - так, чтобы при перехвате его невозможно было прочитать. Для шифрования используется криптографический протокол TLS - как и в электронной почте, IP-телефонии и интернет-мессенджерах.

11 TLS - надёжный протокол защиты информации, он основан на продвинутых криптографических алгоритмах, взломать которые непросто даже с помощью мощных суперкомпьютеров. Но учёные, как обычно, бьют тревогу: вся эта навороченная система защиты данных рухнет с появлением квантовых компьютеров - и тогда банковские счета, письма, история переписки в соцсетях и даже криптовалютные кошельки окажутся уязвимы для злоумышленников. Разберёмся, как устроен протокол TLS, в чём фишка квантовых компьютеров и существуют ли надёжные системы шифрования, которые способны устоять перед бозонами Хиггса современной Computer Science.

12 TLS использует шифрование с ключом: с помощью специального<a>математического</a>алгоритма он преобразует информацию, понятную для человека (например, текст), в нечитаемый набор символов. А расшифровать её может лишь то устройство, у которого есть специальный ключ. При этом безопасность системы шифрования зависит не столько от секретности алгоритма, сколько от секретности ключа.

13 Шифрование с ключом в сети бывает трёх видов: симметричное, асимметричное и гибридное. Расскажем о них подробнее.

14 При<a>симметричном шифровании</a>один и тот же ключ используется и для шифрования, и для расшифровки информации.

15 Протокол TLS использует алгоритм симметричного шифрования<a>AES</a>, который сегодня считается самым надёжным и популярным. AES формирует ключи длиной 128, 192 или 256 бит в зависимости от уровня секретности. По сути, это очень длинные пароли, которые практически невозможно взломать методом перебора. Так, 128-битный ключ имеет 2128 комбинаций - их перебор даже с помощью суперкомпьютеров займёт около 150 триллионов лет.

16 AES помогает шифровать файлы и мобильные приложения, обеспечивает безопасность сайтов, Wi-Fi, VPN и других технологий. Даже правительственные организации США используют его для шифрования секретной информации.

17 Симметричные алгоритмы не требуют большой мощности компьютера для шифрования и расшифровки и не снижают скорость интернета. Однако у них есть серьёзный недостаток: раз и на передающем, и на принимающем устройстве используется один и тот же ключ, злоумышленник может перехватить его - например, в момент передачи, - а затем использовать его для расшифровки данных. Избежать этой проблемы позволяют асимметричные схемы шифрования.

18 <a>Асимметричное шифрование</a>работает не с одним, а с двумя математически связанными ключами. Первый, открытый, ключ, используется для шифрования информации, второй, закрытый, - для расшифровки.

19 Информация шифруется так:

20 <ul><li>Владелец ключей сообщает открытый ключ отправителю информации, не заботясь о его секретности. Закрытый ключ он сохраняет в тайне.</li>

21 - <li>Отправитель шифрует своё послание открытым ключом и отправляет по незащищённому каналу. Даже если ключ перехватят, расшифровать данные не сможет никто, кроме владельца закрытого ключа.</li>

21 + <li>Отправитель шифрует своё послание открытым ключом и отправляет ��о незащищённому каналу. Даже если ключ перехватят, расшифровать данные не сможет никто, кроме владельца закрытого ключа.</li>

22 </ul>Закрытый ключ владелец не сообщает никому, даже отправителю информации. Так обеспечивается безопасность шифрования.

23 Сегодня самым надёжным алгоритмом асимметричного шифрования считается<a>RSA</a>, созданный американскими учёными ещё в 1977 году. В нём используются математические вычисления, которые легко провести в одном направлении, но очень трудно восстановить обратную последовательность действий.

24 Например, чтобы создать ключи, берутся два огромных простых числа по 1024 бита и перемножаются между собой. Разложить их произведение обратно на множители практически невозможно - даже мощные суперкомпьютеры боятся таких задач.

25 Но это только распаляет энтузиастов. Для многих учёных взлом алгоритма RSA стал своеобразным хобби. В 1977 году создатели RSA зашифровали фразу "The Magic Words are Squeamish Ossifrage" ("Волшебные слова - это брезгливый<a>ягнятник</a>") 500-значным ключом и пообещали 100 долларов за её расшифровку - награда нашла героя лишь в 1995 году.

26 Для взлома шифра 600 добровольцев из разных стран в течение восьми месяцев жертвовали время 1600 компьютеров. В итоге ключ взломали, потратив больше тысячи лет машинного времени, а выигранные 100 долларов победители отдали Фонду свободного программного обеспечения. То-то Ричард Столлман порадуется :)

27 В 2010 году был взломан ключ с разрядностью 232 десятичных знака, или 768 бит. А последний рекорд установили в 2019 году французские учёные: им удалось разложить на простые числа ключ из 240 десятичных разрядов (765 бит). Считалось, что на его расшифровку потребуется 35 млн лет компьютерного времени, но учёные уложились в 4000 лет. Для этого они задействовали огромную сеть компьютеров из Франции, Германии и США.

28 Сейчас на практике используется стандарт RSA с ключами длиной более 2048 бит - на современных компьютерах такие ключи взломать практически невозможно.

29 Однако и у асимметричного шифрования есть ахиллесова пята - из-за сложных вычислений ключи генерируются медленно и потребляют немало компьютерных ресурсов. Симметричное шифрование - гораздо быстрее, но для передачи ключа требуется защищённое соединение.

30 Чтобы преодолеть эти недостатки, в протоколе TLS используется<a>гибридное шифрование</a>:

31 <ul><li>Отправитель с помощью симметричного ключа шифрует отправляемую информацию, а сам симметричный ключ он шифрует открытым асимметричным ключом. Зашифрованную информацию и ключ он отправляет получателю.</li>

32 <li>Получатель своим закрытым ключом сначала расшифровывает симметричный ключ, а уже расшифрованным ключом расшифровывает и переданную информацию.</li>

33 </ul>Такая схема сочетает достоинства симметричного и асимметричного шифрования, но лишена их недостатков - ведь ключ фиксированной длины зашифровать гораздо легче, чем набор данных. Получается и быстро, и безопасно.

34 В привычных нам компьютерах вычисления основаны на битах, которые могут принимать значение 0 или 1. Бит можно сравнить с лампочкой: 1 - лампочка горит, 0 - погасла. Когда транзисторные компьютеры решают задачу, они постоянно меняют значения битов - переписывают и стирают информацию, чтобы освобождать память. Это занимает время, и сложную задачу компьютер может решать довольно долго.

35 А в квантовых компьютерах вместо битов используются кубиты. Это элементы, которые могут мгновенно переходить из 0 в 1, а из 1 в 0 - и даже одновременно находиться в двух состояниях. Мы тоже ничего не поняли, но таковы законы квантовой физики :) Это называется суперпозицией. Кубит можно сравнить с лампочкой, которую выключили, а она продолжает моргать, или с одновременно живым и мёртвым котом Шрёдингера.

36 При вычислениях кубит может находиться сразу во всех своих состояниях, поэтому квантовый компьютер мгновенно перебирает все варианты решения. Судите сами: чтобы взломать алгоритм RSA с 2048-битными ключами, обычному компьютеру понадобятся триллионы лет непрерывной работы. В то же время квантовый компьютер с 4099 стабильными и безошибочными кубитами, выполняющий миллион операций в секунду, взломает его за 10 секунд. Американский учёный<a>Питер Шор</a>даже разработал<a>алгоритм</a>, который позволит это сделать.

37 Интересно, что симметричная криптография, которая чуть меньше зависит от математики, не так уязвима для квантовых устройств. Для её взлома методов пока нет. А потому с появлением квантовых компьютеров, возможно, достаточно будет лишь увеличить размер ключа - и данные будут защищены.

38 Однако прямо сейчас у нас не то что не хватает кубитов - нет даже одного просто качественного (стабильно работающего). Что уж говорить о том, чтобы связать их в единую рабочую систему для взлома всего и вся - ведь к ошибке или потере данных может привести любое внешнее воздействие: случайный электромагнитный шум или даже наблюдение.

39 Самые большие квантовые компьютеры в настоящее время имеют меньше 100 кубит, а их коэффициент ошибок составляет 0,6%. Но главная проблема - время согласованности, то есть время, за которое кубиты теряют свои особые квантовые свойства. А значит, любые вычисления должны завершаться в его пределах. На данный момент время согласованности в среднем составляет 50-90 микросекунд - то есть о вычислениях, которые требуют больше времени, можно забыть. Чтобы сделать кубиты более устойчивыми, производители используют чрезвычайно низкую температуру: -273 °С.

40 Современные квантовые компьютеры представляют собой шкафы трёхметровой высоты, большую часть которых занимает система охлаждения и экранирования. А сами квантовые чипы с кубитами - размером с ноготь большого пальца.

41 Квантовый компьютер Advantage производства канадской компании D-WaveФото: официальный сайт<a>D-Wave Systems</a>Плюс чаще всего квантовые компьютеры - это симуляторы, способные решать лишь определённые виды задач. Универсальный компьютер, способный решить любую задачу, пока построить не удалось.

42 Над созданием квантовых компьютеров работают компании IBM, Microsoft, Google и Intel.

43 <ul><li>Первый двухкубитный компьютер был создан в 1998 году в Калифорнийском университете.</li>

44 <li>В 2001 году IBM создала 7-кубитный компьютер, на котором был реализован алгоритм разложения числа на множители.</li>

45 <li>В 2018 году в Google объявили, что их инженерам удалось построить 72-кубитный квантовый процессор с низкой вероятностью ошибок в вычислениях. Компания не раскрыла подробностей, но утверждает, что он позволяет достичь "квантового превосходства над обычными компьютерами".</li>

46 <li>В декабре 2020 года исследователи из Китая заявили, что их квантовый компьютер Jiuzhang смог за несколько минут провести операцию, которая на обычном компьютере выполнялась бы около двух миллиардов лет.</li>

47 <li>А в 2021 году IBM представила свой новый квантовый процессор со 127 кубитами.</li>

48 </ul>И пусть готового квантового убийцы безопасного интернета ещё не существует (разве что "Пегий дудочник", но его стёрли создатели),<a>технологии</a>развиваются, и Google предрекает, что уже к 2030 году<a>появятся</a>мощные и экономически выгодные универсальные квантовые ЭВМ.

49 Их будут использовать для разработки лекарств от тяжёлых болезней, создания новых материалов с уникальными свойствами и решения других важных для человечества задач. А защита информации? Будем надеяться, что к тому времени для неё разработают новые - уже квантовые - методы.

50 <a>Бесплатный курс по Python ➞Мини-курс для новичков и для опытных кодеров. 4 крутых проекта в портфолио, живое общение со спикером. Кликните и узнайте, чему можно научиться на курсе. Смотреть программу</a>