Квантовые токены: будущее защиты данных и финансовых транзакций
В мае прошлого года появились новости о том, что китайские исследователи с помощью квантового компьютера смогли «взломать» систему шифрования RSA – способ защиты данных, который используется во многих сферах для сохранения приватности информации.
Хотя позже специалисты из западных стран заявили, что утверждения были преувеличены, этот инцидент ясно показал: традиционные методы защиты информации скоро могут устареть. В эпоху квантовых вычислений нам понадобятся новые, более надёжные способы защиты данных.
Что такое квантовые токены и зачем они нужны?
Представьте себе цифровую валюту или виртуальные акции – именно такими являются квантовые токены. Они представляют собой цифровые аналоги реальных активов (например, денег или акций). Но у квантовых токенов есть особенность: они создаются с использованием квантовой физики, и их нельзя скопировать или подделать. Это важно, так как предотвращает возможность мошенничества, например, двойного расходования (когда одну и ту же единицу валюты тратят дважды).
Поскольку квантовые данные очень «хрупкие» и быстро теряют свою «живость», получателю сразу же приходится переводить их в цифровой формат, чтобы сохранить до момента обмена или погашения. Такая схема особенно интересна для банков и финансовых учреждений, так как она обещает повысить безопасность и скорость транзакций.
Как работают квантовые токены?
Недавно компании Mitsui, NEC и Quantinuum провели испытание новой технологии в Токио. Они передали квантовые токены по 10-километровой волоконно-оптической линии, используя обычное оборудование, но по новому протоколу. Протокол – это набор правил, по которым происходит обмен информацией, а здесь он основан на технологии, называемой квантовым распределением ключей (QKD).
Что такое QKD?
Квантовое распределение ключей (QKD) – это метод обмена секретными кодами (ключами) между двумя сторонами. Эти ключи потом используются для шифрования и дешифрования сообщений.Плюс QKD в том, что его нельзя подслушать без обнаружения: при попытке измерить квантовое состояние фотонов (элементарных частиц света, используемых в системе), их состояние изменяется, и это сразу становится заметно. Фактически, если кто-то пытается украсть информацию, система сигнализирует об этом, потому что нарушается квантовое состояние.
Чтобы создать ключ, специальное оборудование (например, лазеры) генерирует фотоны, которые проходят через поляризационные фильтры. Каждый такой фотон кодирует один бит информации. Только правильный фильтр позволяет «прочитать» этот бит, поэтому злоумышленник не может просто так скопировать информацию без риска обнаружения. Эта надежность основывается на так называемой теореме о невозможности клонирования, которая утверждает, что нельзя создать точную копию неизвестного квантового состояния.
Пример работы системы на примере банка и клиента
Представьте, что банк высылает клиенту квантовый токен. Клиент, чтобы использовать токен в любом из отделений банка, отправляет зашифрованное сообщение, содержащее данные токена и название отделения, где он хочет его использовать. При этом в сообщение добавляется случайный бит, который делает сообщение непонятным для посторонних, но его всё равно можно проверить. Банк пересылает это сообщение всем отделениям, но только выбранное отделение признает токен действительным. Таким образом, токен можно использовать только один раз, и его невозможно подделать или использовать повторно.
Как проходило испытание технологии?
В эксперименте использовались два устройства QKD – одно представляло банк, а другое – клиента. Они были соединены через 10 километров оптоволокна. Система работала следующим образом:
- Банк отправлял случайные квантовые фотоны клиенту.
- Клиент, получив фотоны, создавал из них квантовый токен.
- Этот токен преобразовывался в цифровую информацию, объединялся с данными выбранного отделения и отправлялся обратно в банк.
- Банк рассылал эту информацию всем отделениям, но только одно из них принимало токен для погашения.
В обычных системах QKD скорость передачи данных составляет несколько сотен килобит в секунду. Однако для работы с квантовыми токенами необходимо гораздо больше – около 1 гигабита в секунду. Это добавило сложности в разработку, и инженерам пришлось модифицировать оборудование для работы по новому протоколу.
Компания Mitsui выступала в роли менеджера проекта, а NEC занималась созданием платформы для тестирования. Они работают над улучшением технологии, чтобы увеличить расстояние передачи (на данный момент токены можно передавать до 50 км), ускорить обмен данными и разработать устройства, которые смогут работать без выделенного оптоволокна для квантового канала.
Почему это важно?
Новые технологии, такие как квантовые токены и QKD, могут кардинально изменить способ защиты информации. Для банков, крупных компаний и государственных учреждений безопасность является критически важной. Если квантовые токены станут коммерчески доступными, они могут обеспечить надежную защиту от подделки, повысить скорость транзакций и гарантировать конфиденциальность данных.
В заключение можно сказать, что хотя технологии, основанные на квантовой физике, кажутся сложными, их принцип работы основан на фундаментальных свойствах природы. Разработки в этой области обещают нам будущее, где защита информации будет гораздо надежнее, а операции – быстрее и безопаснее. Уже сегодня ведущие компании уверены, что технологии квантового шифрования готовы к коммерческому использованию, и в ближайшее время мы можем увидеть их применение не только в банковской сфере, но и в других отраслях экономики.