5 години до точката, от която връщане няма: как квантовите компютри ще сринат световните банки

Светът е на прага на Q-деня, а ние изглежда не сме готови за него.

През следващите пет години финансовият свят може да се изправи пред безпрецедентна заплаха – квантовите компютри ще могат да разбият съществуващите методи за криптиране. Денят, в който обичайните методи за защита на данните вече няма да работят, експертите вече нарекоха Q-ден. За разлика от постепенното развитие на традиционните цифрови заплахи, технологичният пробив може да се случи внезапно, което прави подготовката за него особено трудна задача.

Последиците могат да бъдат катастрофални: банковите системи ще спрат работа, икономиката ще изпадне в хаос, а всяка транзакция от последните десет години ще бъде публично достъпна. Нападателите и враждебните държави ще могат да се възползват от новата реалност, като получат достъп до лична информация, финансови документи и класифицирани съобщения. И всъщност… само си представете какво би се случило, ако всички пароли, ПИН кодове и цифрови подписи едновременно загубят защитната си функция.

Съвременните криптографски алгоритми се основават на сложни математически задачи, които биха поставили всяка класическа система в задънена улица. Така например широко използваният RSA алгоритъм базира своята защита на факта, че дори мощните съвременни компютри не могат бързо да разложат едно огромно число (често над 600 цифри) на два прости множителя. Например числото 15 може лесно да се разложи на 3 и 5, но когато става въпрос за числа със стотици цифри, проблемът се превръща в практически неразрешим. Намирането на правилното решение би отнело хиляди години.

Квантовите системи обаче функционират по съвсем различен начин. Вместо с последователна обработка на битове информация, приемащи стойности 0 или 1, те работят с кубити, способни да се намират едновременно и в състояние 0, и в състояние 1 благодарение на принципа на суперпозицията. С добавянето на всеки нов квантов бит мощността на обработката се удвоява, което осигурява експоненциално увеличение на производителността.

Квантовото заплитане позволява на битовете да си влияят един на друг мигновено, независимо от разстоянието между тях. Поради това компютърната система от следващо поколение може едновременно да провери огромен брой възможни решения на даден криптографски проблем, докато конвенционалните машини трябва да се справят с тях последователно.

Алгоритъмът на Шор, създаден специално за квантовите системи, е в състояние да намери множители на големите числа по коренно различен начин. Вместо последователно търсене на варианти, той използва квантовата суперпозиция за едновременна проверка на набор от възможни делители. Поради това фактът, че тази математическа операция е в основата на повечето съвременни системи за криптиране, това развитие на нещата предизвиква голяма загриженост сред аналитиците.

Банките и финансовите организации съхраняват огромни количества чувствителна информация, която трябва да остане в тайна в продължение на десетилетия. Става дума за банковите тайни, самоличността на клиентите и данните за транзакциите. Атакуващите могат още сега да копират тези криптирани данни, за да имат свободен достъп до тях по-късно, когато станат налични достатъчно мощни квантови машини. На практика те създават архив на бъдещи изтичания, които засега не могат да бъдат декриптирани.

Но учените осъзнават това и прогресът със сигурност не стои на едно място. Пазарните регулатори и агенциите за сигурност подготвят нови стандарти, за да се справят със заплахите на бъдещето. През следващите години се очакват задължителни изисквания за прилагане на силни алгоритми за криптиране. На финансовите организации, които не успеят да се актуализират преди критичния момент, по принцип може да бъде забранено да използват цифрови системи.

Чешкият стартъп Wultra, който привлече инвестиции в размер на 3,1 млн. долара, разработва постквантови технологии за удостоверяване. Тяхното хардуерно устройство Talisman използва математически алгоритми, които са устойчиви на новия вид изчисления. Вместо обичайните методи то използва решетъчни криптосистеми, които работят с многомерни математически пространства, в които точките са свързани чрез сложна система от пътища. Представете си триизмерен лабиринт, но с десетки или стотици измерения – дори и най-напредналите технологии няма да могат бързо да изчислят оптималните маршрути в него.

Проблемът се усложнява от факта, че обикновеното подменяне на алгоритмите за криптиране не е достатъчно, за да се предпазим от новите заплахи. Необходимо е изцяло да се преработи архитектурата на системите за защита на данните.

Така например някои големи финансови организации вече следват препоръките на консултантските фирми, като изграждат криптографски бази данни с метаданни. Тези каталози съдържат информация за всички използвани алгоритми за защита, дължината на ключовете, периодите им на валидност и критичността на защитената информация. Може да се каже, че по този начин те планират поетапно преминаване към следващото поколение устойчиви алгоритми, като започват с най-критичните системи.

Omega Krypto създава технология за криптиране със запазване на формата (FPE). Нейната същност се състои в това, че криптираните данни запазват структурата на оригинала. Когато една банка криптира номер на карта 4567-8901-2345-6789, резултатът ще изглежда и като обикновен номер на карта, например 9384-1267-5430-8152. Тук се използват мрежите на Фейстел – метод, при който данните преминават през няколко кръга на трансформация. Във всеки кръг част от информацията се смесва с ключа по специален начин, като се създава силно кодиране. В резултат на това банковите системи могат да работят с криптираните номера на банковите карти по същия начин, както с обикновените – форматът на данните не се променя.

Стартъпът Haiqu работи върху устойчиви на смущения квантови машини. Съвременните системи страдат от декохерентност – загуба на състоянието вследствие на взаимодействие с околната среда. Дори минимални температурни колебания или електромагнитни смущения могат да нарушат работата на изчислителните елементи.

За да предпазят квантовите битове от смущения, инженерите дублират всеки работещ кубит с много допълнителни такива. Те действат като резервна система: ако един кубит загуби необходимото състояние поради външно въздействие, останалите помагат за възстановяването му. Според изчисленията на специалистите, за да се съхрани надеждно информацията в един работен кубит, е необходимо да се използват от хиляда до десет хиляди помощни елемента.

Процесът на модернизация на защитните механизми изисква значителни инвестиции. Отново, освен закупуването на нов хардуер и софтуер, рано или късно финансовите (а и не само) компании ще трябва да направят одит на всички системи, да обучат персонала и да тестват съвременните решения в условия, близки до реалните. Експертите изчислиха, че за една голяма банка разходите за подобен преход могат да възлязат на десетки милиони долари. И макар че сериозните нарушения могат да започнат едва след десет години или по-късно, подготовката за предстоящите заплахи трябва да започне сега.