Против кванта нет приема: какой будет первая квантовая магистраль в России

Квантовая магистраль между Москвой и Санкт-Петербургом — это не совсем магистраль, а первая в стране защищенная линия связи для передачи данных, с помощью которой можно безопасно передавать любую сверхсекретную информацию — даже квантовому компьютеру взломать шифр пока не под силу. Над проектом работают РЖД и ИТМО, они планируют запустить магистраль в 2021 году.

Квантовая связь — новейшая технология для защищенной передачи данных. Принцип защиты данных тот же, что и в мессенджерах: информация шифруется с помощью математических алгоритмов, посторонние не имеют к ним доступа. Но в квантовых коммуникациях кодировка базируется на квантовой механике, которая надежнее математики.

Эту технологию мир только начинает осваивать, Китай первым построил квантовую магистраль между Пекином и Шанхаем. У России есть все шансы включиться в технологическую гонку и выйти в лидеры. А также предложить квантовые коммуникации гражданам, которым нужна суперзащищенная связь, и оградить от хакеров беспилотные поезда. Но сначала расскажем немного о самой кодировке и защите.

У квантов света - фотонов - есть различные характеристики, которые позволяют кодировать информацию. Квантовая сеть распределяет ключи шифрования, это ее основная задача.

“В квантовой механике существует теорема о запрете клонирования, которая гласит, что неизвестное квантовое состояние невозможно точно скопировать”, — говорит Антон Козубов, руководитель теоретической группы лаборатории квантовых процессов и измерений Университета ИТМО.

Вот мы и подошли к главному. Компания InfoWatch, специализирующаяся на информационной безопасности, по итогам прошлого года зафиксировала рост 2,5 тысячи утечек в мире, пострадали органы власти, коммерческие организации. По сравнению с 2018 число утечек увеличилось на 10,8%.

Современные методы строятся на вычислительной сложности применяемых для шифрования алгоритмов, что не лучшее допущение в данном случае, считает эксперт.

Одним из самых узких мест подобного подхода является распределение между пользователями ключей шифрования. В классической криптографии эта проблема до сих пор остается нерешенной. Для симметричного шифрования курьеры до сих пор иногда возят ключи на флешках. Только вдумайтесь: это происходит 21-м веке. И нет никаких гарантий, что по пути курьера никто не подкупит, запугает или убьет”. Системы квантового распределения ключей исключают проблемный человеческий фактор.

По своему условному внешнему виду магистраль практически ничем не будет отличаться от классических оптоволоконных сетей связи. Протяженность трассы составит более 800 км, меньше, чем линия уже работающая линия квантовой связи в Китае между Пекином и Шанхаем — 2000 км.

Инженеры РЖД ставят перед собой задачу интегрировать сеть в уже существующую инфраструктуру, проложенную перевозчиком и телеком-операторами. Речь идет о километрах оптоволокна. Они нужны для передачи фотонов между пользователями. Есть и другие способы, например, через спутник. Но так как между Питером и Москвой уже протянуты оптоволоконные кабели, то решили выбрать их в качестве канала.

Так как проект базируется на уже существующем оптоволокне, то магистраль не будут закапывать под землю. Хотя такого рода оборудование под землей работает намного лучше, ему не мешают низкочастотные шумы, которые обычно сопровождают электронику.

Планируется установить 21 доверенный узел. Они будут располагаться в нескольких десятках километров друг от друга и принимать сигнал. И тут возникает вопрос — сможет ли злоумышленник подобраться к одному из узлов и перехватить сигнал? Козубов убежден, что эта проблема изучена, есть ряд конструктивных решений, позволяющих обезопасить пользователей.

“Конечно, никто не отрицает, что злоумышленник может нарушить охраняемый контур и сделать из доверенного узла скомпрометированный, — признает ученый. — Однако уже существуют методики, позволяющие "потерять" несколько таких узлов и все равно обеспечить целостность и безопасность системы”.

Злоумышленник может иметь суперкомпьютер или даже квантовый компьютер, использовать эти вычислительные мощности для расшифровки. Но даже в этом случае протоколы квантового распределения ключа позволяют практически с единичной вероятностью исключить знание злоумышленника о финальном ключе шифрования, отмечает Козубов.

По идее квантовая магистраль нужна всем, кто не хочет, чтобы их данные стали достоянием общественности. Список таких персон может быть длинным: чиновники, военные, крупные бизнесмены, знаменитости и даже обычные люди. Но многое зависит от стоимости использования квантовых коммуникаций.

“Возможность подключения к подобной системе любого желающего — глобальная цель, которую все в мире мечтают достичь, — объясняет эксперт. — Поэтому у меня нет сомнений, что в один момент такая возможность появится".

Точных цен в ИТМО не называют, а в “Ростелекоме” (партнер РЖД по проекту) говорят, что тарифы еще не сформированы. Эксперты тоже затрудняются спрогнозировать ценник, так как неясно, какие именно услуги будут оказывать операторы. Но удовольствие точно будет не из дешевых.

Беспилотные поезда — еще одна сфера, где квантовая магистраль может пригодиться. Автономные составы уже есть и тестируются. Прошлым летом РЖД показали беспилотную “Ласточку” в подмосковной Щербинке: там обкатали технологии “сцепления” поезда с дорогой и компьютерного зрения. На путях установили манекен, перед которым состав сам затормозил.

Глава РЖД заявлял, что планируется запустить такие автономные “Ласточки” по Московскому центральному кольцу в 2021 году. Если эти планы остались в силе, то квантовую сеть, возможно, расширят до МЦК. Почему нет?

За пандемию о беспилотных поездах никто не забыл, их в конце этого года начнут обкатывать на виртуальном полигоне, проверять программные модули в работе. Потом возможны и реальные испытания. Но насчет пассажирских перевозок все достаточно туманно: не решен законодательный вопрос, а без этого внедрять разработки будет трудно. Хотя в аэропорту Шереметьево между терминалами пассажиров уже давно возят беспилотные подземные поезда. Они проезжают прямо под взлетно-посадочными полосами, и пассажир может попасть из терминала Е в терминал Б не за 30 минут, как раньше, а за 5. Но это не совсем беспилотные поезда, так как составы тянет канатная дорога, а колеса не имеют привода.