Skip to main content

Firibgarlikning oldini olish

2024-yil 14-mart

 

Kvant kibertahdidlari, ehtimol, yillar o'tib paydo bo'ladi. Nima uchun va qanday qilib biz bugun ularni to'xtatish ustida ishlamoqdamiz

Mastercardning sa'y-harakatlari orasida kvant kalitlarini taqsimlash uning murakkab global tarmog'ida ishlay olishini sinab ko'rish uchun sinov loyihasi ham bor.

Christine Gibson

Contributor

Ehtimol, buni har kuni ikkilanmasdan qilasiz — kredit kartangiz bilan onlayn xarid qiling yoki telefoningizga yangilanish o'rnating yoki hamkasbingizga maxfiy fayl yuboring. Lekin hisoblaringiz buzib kirilmaganiga yoki yangilanish zararli dastur emasligiga qanday amin bo'lishingiz mumkin?

Javob internet xavfsizligi protokollari bo'lib, ular har kuni milliardlab tranzaksiyalar va aloqalarni himoya qiladi. Zamonaviy shifrlash usullari an'anaviy kompyuterlar uchun buzib tashlash juda qiyin bo'lgan algoritmlardan foydalanadi. Hatto eng kuchli superkompyuter ham to'g'ri kalitni topishdan oldin millionlab yillar davomida taxmin qilish uchun vaqt sarflashi mumkin.

Lekin kvant kompyuteri deb nomlangan yangi qurilma kodni bir necha daqiqada buzib tashlashi mumkin. Kvant mexanikasining xususiyatlaridan qayta ishlash quvvatida misli ko'rilmagan yutuqlarga erishish uchun foydalangan holda, ushbu mashinalar olimlarga blokbaster dori-darmonlarni kashf etish yoki yuqori samarali batareyalarni loyihalashda yordam berish salohiyatiga ega. Shunga qaramay, jinoyat sindikatlari yoki davlat tomonidan homiylik qilingan xakerlar qo'lida ular raqamli xavfsizlikning asosini barbod qilishlari mumkin. Kvant kompyuterlari hali kriptografik standartlarni buzish uchun yetarlicha keng mavjud bo'lmasa-da, butun dunyo bo'ylab mudofaani mustahkamlash poygasi davom etmoqda.

"Biz global tijorat uchun chinakam mavjudlik tahdidiga duch kelmoqdamiz", deydi Mastercard prezidenti va bosh texnologiya direktori Ed Maklaflin. "Biz hamma joyda biznes va mijozlarni himoya qilish uchun innovatsiyalarga rahbarlik qilishni istaymiz."

Shunday qilib, 2021-yilda Mastercard o'zining Kvant Xavfsizligi va Aloqa loyihasini ishga tushirdi, bu kvant hujumlariga chidamli yangi shifrlash usullarini modellashtirishga imkon berdi. Muhandislar zaifliklarni aniqlab, yangilanishlarni sinovdan o'tkazganlarida natijalar kelajakdagi tarmoq dizaynlariga bevosita ta'sir qiladi. 

Kvant tahdidi

Kvant kompyuterlari, klassik kompyuterlar singari, ma'lumotni birlik va nol qatorlari sifatida kodlash uchun fizik hodisalarga tayanadi. Noutbukda jismoniy mavjudot elektr toki bo'lib, u o'chirilgan yoki yoqilgan bo'lishi mumkin - 0 yoki 1. Kvant kompyuteri ixtisoslashtirilgan sxemalarda yoki vakuum kameralarida ajratilgan subatomik zarrachalar bo'lgan kubitlardan foydalanadi. Klassik kompyuterdagi sxemalar singari, kubitlar ham ikkita alohida holat bilan chegaralangan (masalan, elektronning spinining yo'nalishi yoki fotonning qutblanishi).

Lekin — mana shu yerda g'alati tus ola boshlaydi — kubitlarni superpozitsiyaga qo'yish mumkin, ya'ni ular bir vaqtning o'zida ikkala holatni ham egallab oladi, ular kuzatilmaguncha va shu nuqtada ular bitta natijaga aylanadi. ( Shredingerning mushugi bir vaqtning o'zida ham tirik, ham o'lik holda bo'lganini eslaysizmi?) Ushbu qo'shimcha o'lcham kvant kompyuterlariga muammoning barcha mumkin bo'lgan yechimlarini bir vaqtning o'zida yaratishga imkon beradi.

Kvant mexanikasi shuningdek, kubitlarga kuch ko'paytirgichini ham beradi va bu yanada g'alati: Kubitlar chalkashib ketishi mumkin, ya'ni ularning holatlari o'zaro bog'liq bo'lib, har doim mos keladi yoki har doim qarama-qarshi bo'ladi. Ular qanchalik uzoqda bo'lishidan qat'i nazar, chalkash qubitdagi o'zgarishlar bir zumda boshqalarga ta'sir qiladi va ulardan birini kuzatish uning o'xshashlarining holatini tasdiqlaydi.

Bu ikki xususiyat, superpozitsiya va chalkashlik, kvant kompyuterlariga bugungi eng ilg'or superkompyuterlar to'play oladiganidan ko'ra eksponent ravishda ko'proq quvvat beradi. Superpozitsiyadagi chalkash kubitlar o'z holatlarining har qanday mumkin bo'lgan kombinatsiyasini qayd etadi, shuning uchun har bir qo'shimcha kubit ma'lumotlar sig'imini ikki baravar oshiradi: ikkita kubit to'rtta qiymatni, uchta kubit sakkizta qiymatni va 50 tasi kvadrilliondan ko'proq qiymatni saqlaydi.

“Aynan shu narsa ularni yanada kuchliroq qiladi, yaʼni ular maʼlumotlarni qayta ishlashning anʼanaviy usullaridan tashqariga chiqadilar”, deydi Mastercard kompaniyasining Operatsiyalar, Tarmoq va Xodimlarning Raqamli Tajribasi guruhini boshqaradigan va kompaniyaning tarmogʻini kvant tahdidlaridan kelajakda himoya qilishga yondashuviga rahbarlik qiluvchi Jorj Maddaloni.

"Keyingi 15 yil ichida ushbu kompyuterlar global kiberxavfsizlik infratuzilmasining poydevorini yorib yuborishi mumkin."

Kuchliroq shifrlash

Ushbu tahdidga qarshi turish uchun kiberxavfsizlik bo'yicha mutaxassislar ikkita parallel strategiya bilan tajriba o'tkazmoqdalar: an'anaviy kriptografik algoritmlarni kuchaytirish va shifrlash kalitlarini olish uchun kvant kompyuterlaridan foydalanish.

Maddaloni va uning jamoasi ikkala yondashuvni ham o'rganib chiqdilar. Avval ular kvantga chidamli bo'lish uchun mo'ljallangan yangi shifrlash algoritmlarini sinovdan o'tkazdilar, bu taktika post-kvant kriptografiyasi yoki PQC deb nomlanadi. Ushbu sohadagi ishonchli mutaxassislar bilan hamkorlikda, Mastercard jamoasi bulutda virtual tarmoq yaratdi va xususiy kanal orqali aloqa qiladigan ikkita biznesni simulyatsiya qildi. Keyin ular Milliy Standartlar va Texnologiyalar Instituti potentsial PQC standartlari sifatida tanlagan algoritmlar yordamida shifrlangan ma'lumotlarni oldinga va orqaga uzatishdi.

Maqsad NISTga nomzod algoritmlarni baholashda yordam berish edi, Maddaloni esa buni 22-tugma deb tan oldi. "Ushbu algoritmlar qanchalik xavfsiz ekanligini aniq ayta olmaymiz, chunki ularni sinab ko'rish uchun keng tarqalgan kvant kompyuterlari mavjud emas", deydi u. "Ammo texnologiya tijorat maqsadlarida foydalanish mumkin bo'lishi bilanoq, juda kech bo'ladi."

Qo'shimcha ma'lumot olish uchun Mastercard ushbu texnologiyani mavjud tarmog'i bilan qanday integratsiyalash mumkinligini ham o'rganib chiqdi. "Biz mavjud apparat platformalari PQC ni dasturiy ta'minot yangilanishlari bilan qo'llab-quvvatlay oladimi yoki yo'qligini tekshirish uchun sinovdan o'tkazdik, shuning uchun biz butunlay yangi uskunalarni loyihalashtirishimiz shart emas", deb tushuntiradi Maddaloni.

Qubitlar bilan qubitlar bilan kurashish

Uzoq muddatli istiqbolni ko'zlab, jamoa shuningdek, kvant kalit taqsimoti yoki QKD bo'yicha yechimlarni sinovdan o'tkazdi, bunda yorug'lik zarralari ketma-ketligi shifrlash kalitini kodlaydi. Kalitlar jo'natuvchidan oluvchiga o'tayotganda, kvant mexanikasining xususiyatlari bilan tinglovchilardan himoyalangan. Kvant zarrachasini kuzatish uni qaytarib bo'lmaydigan darajada o'zgartirganligi sababli, xakerning fotonni o'qish yoki nusxalashga bo'lgan har qanday urinishi qabul qiluvchi tomonda xatolikka olib keladi.

QKD Mastercardning murakkab global tarmog'ida ishlay oladimi yoki yo'qligini aniqlash uchun jamoa kvantga asoslangan arxitektura modelini yaratdi. Bu o'z-o'zidan qiyinchilik tug'dirdi, chunki QKD tizimlari bilan integratsiyalasha oladigan uskunalarni kam sonli apparat sotuvchilari ishlab chiqaradi.

"Tayyor yechim yo'q", deydi Maklaflin. "Biz uni o'zimiz yaratishimiz kerak edi."

Sinov tizimlaridan ikkitasi laboratoriya bilan chegaralangan edi. Jamoa eng zamonaviy QKD generatorlari va uzatgichlarini Mastercard tarmog'ini tashkil etuvchi bir xil turdagi jismoniy apparat vositalariga bog'ladi. Keyin, tizim real dunyodagi xabar almashish oqimlarini taqlid qilgan bir paytda, muhandislar har bir yechimning ishlashini o'lchadilar; eng tezkori har soniyada 1831 ta qurilmaga kalitlarni taqdim eta olardi. Ular, shuningdek, har bir tizimning vaqtinchalik uzilishlardan keyin tiklanish vaqtini hisobladilar (g'olib besh daqiqada onlayn rejimga qaytdi). Bir sozlamada, jamoa kvant kanalida josuslik qilayotgan xakerni simulyatsiya qildi. Qabul qiluvchi buzilgan kubitlarni xato sifatida to'g'ri tanidi.

QKDni uzoqroq masofalarda sinab ko'rish uchun muhandislar ikkita bino o'rtasida 2,5 mil uzunlikdagi optik tolali kabelni tortdilar. Keyin, davlatlararo yoki transkontinental aloqalarni simulyatsiya qilish uchun ular optik moslama yordamida signalni zaiflashtirdilar. Kalitlar sekinroq yetib keldi, lekin ko'plab ilovalar uchun yetarlicha tez edi.

Jamoa oxir-oqibat QKD hali ishga tushirishga tayyor emas degan xulosaga kelgan bo'lsa-da, QKD qurilmalarining so'nggi avlodi avvalgilariga qaraganda ancha ishonchli va bardoshlidir. Agar sotuvchilar ham xuddi shunday sur'atda davom etsalar, QKD keyingi besh yil ichida joylashtirishga tayyor bo'lishi mumkin.

"Biz sotuvchilarimiz bilan real vaqt rejimida sinovdan o'tkazmoqdamiz", deydi Maklaflin. "Agar QKD sanoat standartiga aylanganda, biz boshqa kompaniyalarga o'z biznes ma'lumotlari va mijozlarining xavfsizligini ta'minlash yo'lini ochamiz."