How quantum physics can make encryption stronger | Vikram Sharma

Переводчик: Alena Chernykh Редактор: Péter Pallós

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

В последнее время участились кибератаки на деловой мир.

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

Доступ к данным таких компаний, как JP Morgan, Yahoo, Home Depot и Target,

have caused losses of hundreds of millions

причинил им убытки в сотни миллионов,

and in some cases, billions of dollars.

а в некоторых случаях даже в миллиарды долларов.

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

Чтобы нанести ущерб мировой экономике, не требуется слишком много подобных атак.

And the public sector has not been immune, either.

Государственный сектор также не защищён от подобных проблем.

In 2012 to 2014,

С 2012 года по 2014 год

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

произошла значительная утечка данных в Управлении кадровой службы США.

Security clearance and fingerprint data was compromised,

Был нарушен доступ к данным по проверке благонадёжности и отпечатков пальцев

affecting 22 million employees.

22 миллионов сотрудников.

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

Известны попытки хакеров, спонсируемых государственными органами,

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

повлиять на результаты выборов в ряде стран с помощью украденных данных.

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

Два последних случая раскрытия большого объёма данных

from the Bundestag, the national Parliament of Germany,

касаются Бундестага, федерального парламента Германии,

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

и кража имейлов Демократического национального комитета США.

The cyber threat is now affecting our democratic processes.

Киберугроза затрагивает наши демократические процессы.

And it's likely to get worse.

Ситуация даже ухудшается.

As computer technology is becoming more powerful,

По мере развития компьютерной технологии

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

системы защиты данных становятся всё более уязвимыми.

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

Вызывает озабоченность и новый вид компьютерной технологии —

called quantum computing,

вычисления на квантовых компьютерах,

which leverages microscopic properties of nature

которые используют микроскопические свойства природы

to deliver unimaginable increases in computational power.

для колоссального увеличения вычислительной мощности.

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

Он настолько мощный, что сможет взломать

многие современные системы шифрования.

that we use today.

So is the situation hopeless?

Неужели ситуация настолько безнадёжна?

Should we start packing our digital survival gear

Может, уже пора паковать наши жизненно необходимые данные

and prepare for an upcoming data apocalypse?

и готовиться к скорому цифровому апокалипсису?

I would say, not yet.

Я бы сказал: «Ещё не время».

Quantum computing is still in the labs,

Квантовые компьютеры пока ещё находятся в разработке,

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

и потребуется много лет, прежде чем они будут применены на практике.

More important,

Важнее тот факт,

there have been major breakthroughs in the field of encryption.

что происходят крупные прорывы в области шифрования.

For me, this is a particularly exciting time

Для меня это особенно захватывающее время

in the history of secure communications.

в истории защищённых коммуникаций.

About 15 years ago,

Около 15 лет назад,

when I learned of our new-found ability

когда я узнал о новой возможности создания квантовых эффектов,

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

которых не существует в природе,

I was excited.

я очень воодушевился.

The idea of applying the fundamental laws of physics

Меня заинтриговала идея применения фундаментальных законов физики

to make encryption stronger

для создания более защищённого шифрования.

really intrigued me.

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

Сегодня ряд компаний и лабораторий по всему миру, включая и мою,

are maturing this technology for practical applications.

работают над этими технологиями для применения их на практике.

That's right.

Да, именно так.

We are now preparing to fight quantum with quantum.

Сейчас мы готовимся бороться с квантом при помощи кванта.

So how does this all work?

Так как же это всё работает?

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

Во-первых, давайте сделаем небольшой экскурс в мир шифрования.

For that, you'll need a briefcase,

Для этого нам понадобится портфель,

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

некоторые важные документы, которые хотим отправить нашему другу, Джеймсу Бонду,

and a lock to keep it all safe.

замóк, чтобы всё сохранить в безопасности.

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

Так как наши сведения совершенно секретны, нам нужен особенный портфель.

It has a special combination lock

У него специальный кодовый замóк:

which, when closed,

когда он закрыт,

converts all the text in the documents to random numbers.

преобразовывает весь текст в документах в случайные числа.

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

Вы кладёте документы в портфель, закрываете замóк —

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

в этот самый момент все документы преобразуются в случайные числа —

and you send the briefcase to James.

и отправляете портфель Джеймсу.

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

Пока портфель в пути, вы звоните Джеймсу, чтобы сообщить код.

When he gets the briefcase, he enters the code,

Получив портфель, он вводит код,

the documents get unscrambled, and voilà,

документы расшифровываются, и вуаля —

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

вы только что отправили зашифрованное сообщение Джеймсу Бонду.

(Laughter)

(Смех)

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

Забавный пример, но он иллюстрирует три важных элемента кодирования.

The code -- we call this an encryption key.

Код — мы называем его «ключ шифрования».

You can think of it as a password.

Это как пароль.

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

Звонок Джеймсу для сообщения ему кода комбинации замкá.

We call this key exchange.

Это называется «обмен ключами» —

This is how you ensure

гарантия того,

you get the encryption key securely to the right place.

что вы безопасно получите ключ шифрования от нужного места.

And the lock, which encodes and decodes the document.

И замóк, который кодирует и декодирует документ.

We call this an encryption algorithm.

Это называется «алгоритмом кодирования».

Using the key, it encodes the text in the documents

Используя ключ, он преобразовывает текст в документах

to random numbers.

в случайные числа.

A good algorithm will encode in such a way

Хороший алгоритм будет кодировать таким образом,

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

что без ключа документ очень трудно расшифровать.

What makes encryption so important

Важность шифрования в том,

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

что если кто-то завладеет портфелем

without the encryption key and the encryption algorithm,

и взломает его без помощи ключа шифрования и алгоритма кодирования,

they wouldn't be able to read the documents.

он всё равно не сможет прочитать его содержимое.

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

Информация будет выглядеть как набор случайных чисел.

Most security systems rely on a secure method for key exchange

Большинство систем безопасности полагаются на безопасный способ обмена ключами

to communicate the encryption key to the right place.

для передачи ключа шифрования к нужному месту.

However, rapid increases in computational power

Однако быстрое развитие вычислительной мощности

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

ставит под угрозу целый ряд современных методов обмена ключами.

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

Рассмотрим одну из самых широко используемых сегодня систем — RSA.

When it was invented, in 1977,

Когда она была изобретена в 1977 году,

it was estimated that it would take 40 quadrillion years

предполагалось, что для того, чтобы взломать 426-битный ключ RSA,

to break a 426-bit RSA key.

потребуется 40 квадриллионов лет.

In 1994, just 17 years later,

В 1994 году, всего лишь 17 лет спустя,

the code was broken.

код был взломан.

As computers have become more and more powerful,

По мере того, как компьютеры становились мощнее,

we've had to use larger and larger codes.

нам приходилось использовать более сложные коды.

Today we routinely use 2048 or 4096 bits.

Сегодня мы обычно используем 2 048 или 4 096 бит.

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

Как видите, создатели кода и хакеры участвуют в непрекращающейся битве,

to outwit each other.

пытаясь перехитрить друг друга.

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

И когда квантовые компьютеры появятся в ближайшие 10–15 лет,

they will even more rapidly crack the complex mathematics

они смогут ещё быстрее взломать сложную математику,

that underlies many of our encryption systems today.

которая лежит в основе многих современных систем шифрования.

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

Квантовый компьютер, скорее всего, превратит нашу нынешнюю надёжную крепость

into a mere house of cards.

в простой карточный домик.

We have to find a way to defend our castle.

Мы должны найти способ защитить нашу крепость.

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

В последние годы увеличивается количество исследований

looking at using quantum effects to make encryption stronger.

в сфере использования квантовых эффектов для усиления криптозащиты.

And there have been some exciting breakthroughs.

Были сделаны некоторые интересные открытия.

Remember those three things important for encryption --

Помните три главных элемента шифрования:

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

высококачественные ключи, безопасный обмен ключами и сложный алгоритм?

Well, advances in science and engineering

Достижения в науке и технике

are putting two of those three elements at risk.

ставят под угрозу два из этих трёх элементов.

First of all, those keys.

Во-первых, сами ключи.

Random numbers are the foundational building blocks of encryption keys.

Случайные числа являются основополагающими строительными блоками ключей шифрования.

But today, they're not truly random.

Но на сегодняшний день они не совсем случайные.

Currently, we construct encryption keys

Сегодня мы создаём ключи шифрования

from sequences of random numbers generated from software,

из последовательностей случайных чисел, генерируемых из программного обеспечения,

so-called pseudo-random numbers.

так называемых псевдослучайных чисел.

Numbers generated by a program or a mathematical recipe

В числах, сгенерированных программой или математической формулой,

will have some, perhaps subtle, pattern to them.

так или иначе присутствует некая закономерность.

The less random the numbers are,

Чем менее случайны числа —

or in scientific terms, the less entropy they contain,

в научной терминологии: чем меньше энтропии они содержат, —

the easier they are to predict.

тем легче их предсказать.

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

Недавно несколько казино стали жертвами изобретательной атаки.

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

Комбинации на выходе игровых автоматов записывались в течение некоторого времени,

and then analyzed.

после чего подвергались анализу.

This allowed the cyber criminals

Это позволило киберпреступникам

to reverse engineer the pseudo-random number generator

перепроектировать генератор псевдослучайных чисел,

behind the spinning wheels.

управляющий барабанами.

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

Что, в свою очередь, позволило с высокой точностью предсказать вращения барабанов

enabling them to make big financial gains.

и получить большой выигрыш.

Similar risks apply to encryption keys.

Аналогичным рискам могут подвергаться и ключи шифрования.

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

Для безопасного шифрования необходим генератор по-настоящему случайных чисел.

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

Уже долгие годы учёные ищут возможность создания такого генератора.

But most designs to date are either not random enough,

Но большинство попыток на сегодня либо недостаточно случайны,

fast enough or aren't easily repeatable.

недостаточно быстры, либо их сложно повторить.

But the quantum world is truly random.

Но квантовый мир основан на случайности.

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

Поэтому имеет смысл воспользоваться этим фактом.

Devices that can measure quantum effects

Устройства, которые могут измерять квантовые эффекты,

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

могут также создавать бесконечный поток случайных чисел на высокой скорости,

Foiling all those would-be casino criminals.

что помешает всем этим потенциальным преступникам в казино.

A select group of universities and companies around the world

Ряд лучших университетов и компаний по всему миру

are focused on building true random number generators.

занимаются созданием генераторов по-настоящему случайных чисел.

At my company, our quantum random number generator

Первый квантовый генератор, созданный в моей компании,

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

был размером один на два метра и помещался на оптическом столе.

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

Позже мы смогли уменьшить его до размера коробки сервера.

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

Сегодня он размером с PCI-карту, подключаемую к стандартному компьютеру.

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

Это самый быстрый в мире генератор по-настоящему случайных чисел.

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

Его производительность составляет миллиард случайных чисел в секунду.

And it's in use today to improve security

Сегодня его используют для усиления системы безопасности

at cloud providers, banks and government agencies

облачные провайдеры, банки, государственные органы

around the world.

по всему миру.

(Applause)

(Аплодисменты)

But even with a true random number generator,

Но даже с таким генератором

we've still got the second big cyber threat:

остаётся нерешённой вторая большая проблема:

the problem of secure key exchange.

угроза безопасному обмену ключами.

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

Современные методы обмена ключами не совместимы с квантовым компьютером.

The quantum solution to this problem

Квантовое решение этой задачи

is called quantum key distribution or QKD,

называется «квантовым распределением ключей» или QKD,

which leverages a fundamental, counterintuitive characteristic

в основе которого лежит фундаментальная,

парадоксальная характеристика квантовой механики.

of quantum mechanics.

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

Квантовая частица меняется в зависимости от её наблюдения.

Let me give you an example of how this works.

Приведу пример того, как это работает.

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

Давайте вернёмся к обмену кодами для замкá с Джеймсом Бондом.

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

Только в этот раз вместо звонка Джеймсу с сообщением кода

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

мы будем использовать квантовые эффекты на лазере, чтобы создать код

and send it over standard optic fiber to James.

и отправить его Джеймсу по обычному оптическому волокну.

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

Полагаем, что Доктор Ноу попытается взломать доступ к обмену данными.

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

К счастью, его попытки поймать квантовые ключи в пути оставят отпечатки пальцев,

will leave fingerprints that James and you can detect.

которые Джеймс и вы сможете обнаружить.

This allows those intercepted keys to be discarded.

Это позволит исключить перехваченные ключи.

The keys which are then retained

А оставшиеся ключи

can be used to provide very strong data protection.

можно использовать для усиленной защиты данных.

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

Поскольку такая безопасность основана на фундаментальных законах физики,

a quantum computer, or indeed any future supercomputer

квантовый компьютер или даже любой суперкомпьютер будущего

will not be able to break it.

не смогут её взломать.

My team and I are collaborating with leading universities

Моя команда и я работаем с ведущими университетами,

and the defense sector

а также с оборонным сектором,

to mature this exciting technology

с целью развития этой многообещающей технологии

into the next generation of security products.

в средства безопасности следующего поколения.

The internet of things is heralding a hyperconnected era

Интернет вещей предвещает эпоху, когда будут взаимодействовать

with 25 to 30 billion connected devices forecast by 2020.

25–30 миллиардов устройств, которые по прогнозам появятся к 2020 году.

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

Для правильного функционирования нашего общества в мире Интернета вещей

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

жизненно важно доверие к системам, которые поддерживают эти устройства.

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

Готов поспорить, что квантовые технологии смогут обеспечить это доверие,

enabling us to fully benefit from the amazing innovations

позволив нам в полной мере воспользоваться удивительными инновациями,

that are going to so enrich our lives.

которые обогатят нашу жизнь.

Thank you.

Спасибо.

(Applause)

(Аплодисменты)