How quantum physics can make encryption stronger | Vikram Sharma

Translator: Lilia Mladenova Reviewer: Anton Hikov

Recently, we've seen the effects of cyber attacks on the business world.

Напоследък виждаме последствията от кибер атаки в света на бизнеса.

Data breaches at companies like JP Morgan, Yahoo, Home Depot and Target

Пробиви в данните на компании като JP Morgan, Yahoo, Home Depot и Target

have caused losses of hundreds of millions

са причинили загуби от стотици милиони

and in some cases, billions of dollars.

и в някои случаи, милиарди долари.

It wouldn't take many large attacks to ravage the world economy.

Не са нужни много големи набези, за да се разруши световната икономика.

And the public sector has not been immune, either.

Публичният сектор също не е неприкосновен.

In 2012 to 2014,

От 2012 до 2014,

there was a significant data breach at the US Office of Personnel Management.

имаше значителен пробив до данни на службата за управление на персонала на САЩ.

Security clearance and fingerprint data was compromised,

Достъпи на сигурност и данни за пръстови отпечатъци бяха компрометирани,

affecting 22 million employees.

засягайки 22 млн. служители.

And you may have heard of the attempt by state-sponsored hackers

И може да сте чули за опита от държавно спонсорирани хакери да използват

to use stolen data to influence election outcomes in a number of countries.

открадната информация, за да повлияят на изборни резултати в няколко страни.

Two recent examples are the compromise of a large amount of data

Два скорошни примера за компрометиране на голямо количество данни

from the Bundestag, the national Parliament of Germany,

са от Бундестага, националният парламент на Германия,

and the theft of emails from the US Democratic National Committee.

и кражбата на имейли от Демократичния национален комитет на САЩ.

The cyber threat is now affecting our democratic processes.

Кибер заплахата вече засяга демократичните ни процеси.

And it's likely to get worse.

И вероятно ще стане по-зле.

As computer technology is becoming more powerful,

С придобиването на повече сила от компютърните технологии,

the systems we use to protect our data are becoming more vulnerable.

системите, които използваме да пазят данните ни, стават по-уязвими.

Adding to the concern is a new type of computing technology,

Засилващ притеснението е нов тип компютърна технология,

called quantum computing,

наречен квантово изчисление,

which leverages microscopic properties of nature

който използва микроскопични свойства на природата

to deliver unimaginable increases in computational power.

да достави неописуеми повишения в компютърната сила.

It's so powerful that it will crack many of the encryption systems

Толкова е мощна, че би разкодирало доста от криптиращите системи,

that we use today.

които използваме днес.

So is the situation hopeless?

Безнадеждна ли е ситуацията?

Should we start packing our digital survival gear

Трябва ли да съберем своето оборудване за дигитално оцеляване

and prepare for an upcoming data apocalypse?

и да се подготвим за предстоящ информационен апокалипсис?

I would say, not yet.

Бих казал, не все още.

Quantum computing is still in the labs,

Квантовото изчисление е още в лабораториите

and it will take a few years until it's put to practical applications.

и ще отнеме няколко години преди да се използва в практически приложения.

More important,

По-важното е, че

there have been major breakthroughs in the field of encryption.

има голям напредък в сферата на криптирането.

For me, this is a particularly exciting time

За мен, това е особено вълнуващо време

in the history of secure communications.

в историята на защитените комуникации.

About 15 years ago,

Около преди 15 години,

when I learned of our new-found ability

когато научих за новооткритата ни способност

to create quantum effects that don't exist in nature,

да създаваме квантови ефекти, които не съществуват в природата,

I was excited.

бях развълнуван.

The idea of applying the fundamental laws of physics

Мисълта да прилагаме основните физични закони,

to make encryption stronger

за да правим криптирането по-добро

really intrigued me.

силно ме интригуваше.

Today, a select groups of companies and labs around the world, including mine,

Днес, избрани компании и лаборатории по света, включително моята,

are maturing this technology for practical applications.

развиват тази технология за практически приложения.

That's right.

Точно така.

We are now preparing to fight quantum with quantum.

Подготвяме се да борим квант с квант.

So how does this all work?

Как сработва това?

Well, first, let's take a quick tour of the world of encryption.

Ами, първо, нека направим бърз оглед на света на криптирането.

For that, you'll need a briefcase,

За тази цел ще ни трябва куфарче,

some important documents that you want to send your friend, James Bond,

някои важни документи, които искате да изпратите на приятеля си, Джеймс Бонд,

and a lock to keep it all safe.

и ключалка, която да ги пази.

Because the documents are top secret, we're going to use an advanced briefcase.

Тъй като документите са свръх секретни ще използваме усъвършенствано куфарче.

It has a special combination lock

Има специална ключалка с код,

which, when closed,

която, когато се затвори,

converts all the text in the documents to random numbers.

преобразува целия текст на документите в произволни символи.

So you put your documents inside, close the lock --

Слагате документите си вътре, заключвате ключалката,

at which point in time the documents get converted to random numbers --

и тогава документите се преобразуват в случайни символи,

and you send the briefcase to James.

и изпращате куфарчето на Джеймс.

While it's on its way, you call him to give him the code.

Докато то пътува, му се обаждате и му давате кода.

When he gets the briefcase, he enters the code,

Щом получи куфарчето, той набира кода,

the documents get unscrambled, and voilà,

документите се пренареждат, и воала,

you've just sent an encoded message to James Bond.

току-що сте изпратили кодирано съобщение на Джеймс Бонд.

(Laughter)

(Смях)

A fun example, but it does illustrate three things important for encryption.

Забавен пример, но показва три важни за криптирането неща.

The code -- we call this an encryption key.

Кодът - наричаме го криптиращ ключ.

You can think of it as a password.

Може да си го представите като парола.

The call to James to give him the code for the combination lock.

Обаждането до Джеймс да му дадем кода за ключалката.

We call this key exchange.

Наричаме това размяна на криптиращи ключове.

This is how you ensure

Така се уверяваме, че

you get the encryption key securely to the right place.

доставяме криптиращия ключ безопасно до правилното място.

And the lock, which encodes and decodes the document.

А ключалката, която кодира и декодира документите.

We call this an encryption algorithm.

Наричаме я криптиращ алгоритъм.

Using the key, it encodes the text in the documents

Използвайки ключа, тя криптира текстът в документите

to random numbers.

на произволни символи.

A good algorithm will encode in such a way

Добрият алгоритъм така ще криптира,

that without the key it's very difficult to unscramble.

че без ключа е изключително трудно да се подреди.

What makes encryption so important

Това, което прави криптирането толкова важно,

is that if someone were to capture the briefcase and cut it open

е че, ако някой открадне куфарчето и го среже,

without the encryption key and the encryption algorithm,

без криптиращия ключ и кодиращия алгоритъм,

they wouldn't be able to read the documents.

не би могъл да прочете документите.

They would look like nothing more than a bunch of random numbers.

Те биха изглеждали като нищо повече от шепа произволни знаци.

Most security systems rely on a secure method for key exchange

Повечето системи за сигурност разчитат на защитен начин за размяна на ключа

to communicate the encryption key to the right place.

за предаването на криптиращия ключ до правилното място.

However, rapid increases in computational power

Бързото развитие на компютърните възможности, обаче,

are putting at risk a number of the key exchange methods we have today.

излага на опасност част от методите за предаване на ключа понастоящем.

Consider one of the very widely used systems today -- RSA.

Например една от най-широко разпространените системи днес - RSA.

When it was invented, in 1977,

Когато е създадена през 1977,

it was estimated that it would take 40 quadrillion years

е изчислено, че са необходими 40 квадрилиона години

to break a 426-bit RSA key.

да се разбие 426-битовия RSA ключ.

In 1994, just 17 years later,

През 1994, само 17 години по-късно,

the code was broken.

кодът е разшифрован.

As computers have become more and more powerful,

С развитието на компютрите

we've had to use larger and larger codes.

е трябвало да използваме все по-дълги кодове.

Today we routinely use 2048 or 4096 bits.

Днес рутинно използваме 2048 или 4096 бита.

As you can see, code makers and breakers are engaged in an ongoing battle

Както виждате, създателите на кодове и разбивачите са в продължаваща война

to outwit each other.

да надвият един друг.

And when quantum computers arrive in the next 10 to 15 years,

И когато квантовите компютри пристигнат през следващите 10 до 15 години,

they will even more rapidly crack the complex mathematics

дори по-бързо ще разнищват сложната математика,

that underlies many of our encryption systems today.

която е основа на множество от нашите настоящи криптиращи системи.

Indeed, the quantum computer is likely to turn our present security castle

Наистина, квантовият компютър вероятно ще превърне сегашният ни защитен замък

into a mere house of cards.

в проста къщичка от карти.

We have to find a way to defend our castle.

Трябва да открием начин да защитим замъка си.

There's been a growing body of research in recent years

Последните години нарастват проучванията, разглеждащи

looking at using quantum effects to make encryption stronger.

употребата на квантови ефекти за подсилване на криптирането.

And there have been some exciting breakthroughs.

Има впечатляващи открития.

Remember those three things important for encryption --

Помните ли трите важни неща за криптирането -

high-quality keys, secure key exchange and a strong algorithm?

висококачествени ключове, безопасно предаване на ключа и сложен алгоритъм?

Well, advances in science and engineering

Е, пробив в науката и инженерството

are putting two of those three elements at risk.

поставят две от тези три в опасност.

First of all, those keys.

Преди всичко, тези ключове.

Random numbers are the foundational building blocks of encryption keys.

Произволните символи са основоположни за криптиращите ключове.

But today, they're not truly random.

Но понастоящем те не са действително случайни.

Currently, we construct encryption keys

Правим криптиращите ключове

from sequences of random numbers generated from software,

от поредици от случайни знаци, генерирани от софтуер,

so-called pseudo-random numbers.

така наречените псевдо-произволни символи.

Numbers generated by a program or a mathematical recipe

Символите, генерирани от програма или от математическа рецепта

will have some, perhaps subtle, pattern to them.

имат някои, може би едва доловими, последователности в себе си.

The less random the numbers are,

Колкото по-неслучайни са знаците

or in scientific terms, the less entropy they contain,

или в научни термини, колкото по-малко ентропия съдържат,

the easier they are to predict.

толкова по-лесни са за предсказване.

Recently, several casinos have been victims of a creative attack.

Наскоро, няколко казина са станали жертва на изобретателни нападения.

The output of slot machines was recorded over a period of time

Резултатът от слот машините е записван за известно време

and then analyzed.

и впоследствие анализиран.

This allowed the cyber criminals

Това позволило на кибер престъпниците

to reverse engineer the pseudo-random number generator

да обърнат действието на генератора за псевдо-произволни числа

behind the spinning wheels.

зад въртящите се колела.

And allowed them, with high accuracy, to predict the spins of the wheels,

И им позволило, с голяма точност, да предскажат резултатите,

enabling them to make big financial gains.

давайки им възможност да направят значителни печалби.

Similar risks apply to encryption keys.

Сходни опасности са приложими при криптиращите ключове.

So having a true random number generator is essential for secure encryption.

Та, реален генератор на случайни символи е от голямо значение за сигурното криптиране

For years, researchers have been looking at building true random number generators.

С години изследователи опитват да създадат истински генератор на случайни символи,

But most designs to date are either not random enough,

но повечето модели до днес или не са достатъчно произволни,

fast enough or aren't easily repeatable.

достатъчно бързи или не са лесни за репликиране.

But the quantum world is truly random.

Но квантовият свят действително е хаотичен.

So it makes sense to take advantage of this intrinsic randomness.

Така че има смисъл да се възползваме от тази присъща случайност.

Devices that can measure quantum effects

Устройства, които мерят квантовите ефекти

can produce an endless stream of random numbers at high speed.

могат да произведат безкрайна поредица от произволни символи с висока скорост.

Foiling all those would-be casino criminals.

Премахвайки всички онези казино престъпници.

A select group of universities and companies around the world

Избрана група университети и компании по света

are focused on building true random number generators.

се фокусират над създаване на истински генератор на случайни символи.

At my company, our quantum random number generator

В моята фирма, нашият генератор на случайни символи,

started life on a two meter by one meter optic table.

се роди на 2м х 3м оптична маса.

We were then able to reduce it to a server-size box.

После успяхме да го намалим до размер на сървърна кутия.

Today, it's miniaturized into a PCI card that plugs into a standard computer.

Днес, то е миниатюризирано до PCI карта, която се включва в стандартен компютър.

This is the world's fastest true random number generator.

Това е най-бързият реален генератор на случайни символи в света.

It measures quantum effects to produce a billion random numbers per second.

Измерва квантови ефекти, за да произведе милиард случайни символи в секунда.

And it's in use today to improve security

И понастоящем работи към подобряване на безопасността при

at cloud providers, banks and government agencies

доставчици на клауд услуги, банки и държавни служби

around the world.

по света.

(Applause)

(Аплодисменти)

But even with a true random number generator,

Но дори с реален генератор на случайни символи,

we've still got the second big cyber threat:

все още я има втората значителна кибер заплаха:

the problem of secure key exchange.

проблемът с безопасна размяна на ключа.

Current key exchange techniques will not stand up to a quantum computer.

Сегашните техники за размяна не биха удържали срещу квантов компютър.

The quantum solution to this problem

Квантовото решение на този казус

is called quantum key distribution or QKD,

се нарича дистрибуция на квантов ключ или QKD,

which leverages a fundamental, counterintuitive characteristic

което предоставя съществена, парадоксална характеристика

of quantum mechanics.

на квантовите механизми.

The very act of looking at a quantum particle changes it.

Самият акт на наблюдение на квантова частица я променя.

Let me give you an example of how this works.

Нека ви дам пример как действа това.

Consider again exchanging the code for the lock with James Bond.

Представете си отново как разменяме кода за ключалката с Джеймс Бонд.

Except this time, instead of a call to give James the code,

Но този път вместо да дадем на Джеймс кода по телефона,

we're going to use quantum effects on a laser to carry the code

ще използваме квантовите ефекти върху лазер, за да пренесем кода

and send it over standard optic fiber to James.

и да го пратим по обикновен оптичен кабел до Джеймс.

We assume that Dr. No is trying to hack the exchange.

Предполагаме, че Д-р Ноу опитва да хакне размяната.

Luckily, Dr. No's attempt to intercept the quantum keys while in transit

За щастие, опитът на Д-р Ноу да прихване квантовите ключове, докато се предават,

will leave fingerprints that James and you can detect.

ще остави отпечатъци, които Джеймс и вие можете да видите.

This allows those intercepted keys to be discarded.

Това позволява засечените ключове да бъдат захвърлени.

The keys which are then retained

Оставащите ключове

can be used to provide very strong data protection.

могат да се използват да осигурят сериозна защита на данните.

And because the security is based on the fundamental laws of physics,

И тъй като защитата се осланя на основните физични закони,

a quantum computer, or indeed any future supercomputer

квантов компютър, или даже всеки бъдещ супер компютър,

will not be able to break it.

няма да може да я преодолее.

My team and I are collaborating with leading universities

Екипът ми и аз сътрудничим с водещи университети

and the defense sector

и отбранителния сектор,

to mature this exciting technology

за да развием тази вълнуваща технология

into the next generation of security products.

в следващо поколение на продукти за защита.

The internet of things is heralding a hyperconnected era

Интернетът на обектите (ИО) оповестява ерата на хипер свързаността

with 25 to 30 billion connected devices forecast by 2020.

с предвидени 25 до 30 млд. свързани устройства до 2020.

For the correct functioning of our society in an IoT world,

За правилното действие на обществото ни в света на ИО,

trust in the systems that support these connected devices is vital.

вярата в системите, които поддържат тези свързани устройства, е жизненоважна.

We're betting that quantum technologies will be essential in providing this trust,

Обзалагаме се, че квантовите технологии ще са съществени за предоставяне на тази вяра

enabling us to fully benefit from the amazing innovations

позволявайки ни напълно да се възползваме от невероятните иновации,

that are going to so enrich our lives.

които определено ще подобрят живота ни.

Thank you.

Благодаря ви.

(Applause)

(Аплодисменти)