Незаметный апокалипсис: какой конец света могут устроить квантовые компьютеры

«Самый ценный товар, который я знаю, — это информация», – говорил безжалостный финансист Гордон Гекко в фильме 1987 года «Уолл-Стрит».

Человечество издавна искало способы защитить свои секреты — военные, торговые или тайны политических интриг.

В Месопотамии были найдены зашифрованные глиняные таблички, которым более 3,5 тыс. лет. Предположительно, они содержат рецепты керамической глазури, то, что сегодня можно назвать коммерческой тайной.

Древние спартанцы в 650 году до н. э. использовали для военных депеш скиталу —  специальный шестигранный стержень, на который спирально наматывалась узкая полоска кожи или пергамента. Сообщение писалось так, чтобы соседние буквы оказались на разных витках, и при разматывании оно превращалось в бессмысленный набор букв. Чтобы прочесть его, требовалось снова намотать полоску на скиталу точно такого же диаметра, которая заранее передавалась получателю сообщений.

Впрочем, отражая вечную борьбу между методами шифрования и дешифровки секретных кодов, писатель Эдгар Аллан По в своем эссе «Несколько слов о тайнописи» в 1841 году предложил метод «взлома» скиталы — наматывать полоску с шифром на постепенно сужающийся конус, и там, где буквы начнут складываться в осмысленные слова, будет обнаружен искомый диаметр стержня для расшифровки. 

«Можно смело утверждать, что человеческая изобретательность не может придумать шифр, который человеческая изобретательность не может разрешить», – написал он.

В новейшей истории эта максима подтверждается британскими дешифровщиками из Блетчли-парка, которые во время Второй мировой войны во главе с гениальным математиком Аланом Тьюрингом взламывали коды немецкой шифровальной машины «Энигма».

Конвои судов снабжения ходили из США в Великобританию и Советский Союз, доставляя технику, продовольствие и боеприпасы. Они находились под защитой военных кораблей, но, тем не менее, были легкой добычей для немецких подводных лодок, организованных в так называемые «волчьи стаи». Перехват и расшифровка переговоров командиров подлодок помогали конвоям избегать опасности. По некоторым оценкам, пишет сайт Королевских военных музеев, усилия Тьюринга и его коллег сократили войну на несколько лет и спасли бесчисленное множество жизней.

Осознавая важность разведданных, расшифрованных в Блетчли-парке, премьер-министр Великобритании Уинстон Черчилль присвоил им новый высочайший уровень секретности, Top Secret Ultra.

Существует даже легенда, что Черчилль 14 ноября 1940 года позволил немцам беспрепятственно совершить разрушительный авианалет на британский промышленный город Ковентри, лишь бы «ради высшего блага» не дать им понять, что «Энигма» взломана. Впрочем, Международное общество наследия Черчилля эту версию опровергает.

Если вы полагаете, что шифрование — удел дипломатов и военных, то вы крупно ошибаетесь. В 1989 году британский ученый Тим Бернерс-Ли разработал протокол передачи гипертекста (HTTP), который является основой современного интернета и используется для загрузки веб-страниц с сайта в ваш браузер.

Однако, поскольку HTTP передавал данные между клиентом и сервером в виде обычного текста, это создавало проблему. Злоумышленник мог перехватить сигнал между вами (клиентом) и сервером, что позволяло ему просматривать конфиденциальную информацию, такую ​​как пароли и номера кредитных карт, или перехватить запрос клиента и вернуть вредоносные файлы, выдавая себя за сервер, пишет сайт разработчиков dev.to.

«Безопасная отправка информации через интернет является основой онлайн-торговли, медицины и других конфиденциальных транзакций. Для этих и многих других целей критически важно, чтобы передаваемая информация не была подделана, изменена или прочитана кем-либо, кроме отправителя и получателя. Эти функции стали ключевой частью роста интернета и имеют решающее значение для многих инновационных применений», – пишет сайт инициативной группы по разработке интернета (IETF).

Для этого в 1995 году компания Netscape выпустила протокол шифрования SSL, который обеспечивал конфиденциальность связи между клиентом и сервером. Позднее его обновили до протокола TLS, и сейчас интернет-связь с использованием таких шифрованных протоколов называется безопасным протоколом передачи гипертекста — HTTPS. 

По данным компании Google, количество страниц, просматриваемых через HTTPS в ее браузере Chrome стремится к 100%, а Chrome, напомним, доминирующий браузер в мире, занимающий две трети рынка.

Таким образом, если вы совершаете транзакции в онлайн-банке, отправляете электронную почту, используете VPN или просто заходите на сайты через HTTPS — вы пользуетесь шифрованием, осознаете вы это или нет.

Теоретически, квантовые компьютеры способны обрушить всю эту систему в тартарары.

Как я писал в конце прошлого года, квантовый компьютер оперирует вместо привычных нулей и единиц (битов) особыми квантовыми модулями — кубитами. Используя странные свойства квантовой физики, такие компьютеры потенциально способны решать задачи, обычным компьютерам недоступные, за считанные часы совершая расчеты, на которые даже самому мощному суперкомпьютеру понадобились бы тысячи лет. Одной из таких задач может стать взлом существующих систем шифрования.

В конце марта журнал Wired опубликовал алармистский текст, в котором попытался описать, как будет выглядеть Q-Day — день, когда квантовые вычисления станут не теорией, а реальностью.

«С точки зрения обычного человека… Q-Day, возможно, выглядел бы как серия странных и не связанных между собой новостей... Энергосистема Лондона выходит из строя в день выборов… Американская подводная лодка… всплывает на поверхность и оказывается окруженной вражескими кораблями. Смущающие материалы начинают появляться в сети во все больших количествах: секретные телеграммы, президентские тайны, дикпики миллиардеров. В этом сценарии могут пройти десятилетия, прежде чем мы сможем точно определить, когда на самом деле произошел Q-Day», – пишет журнал.

И это еще не все: может рухнуть основанный на шифровании биткоин — а это примерно $1,7 трлн капитализации на данный момент. 

«Система банковских переводов SWIFT, VPN, которые позволяют политическим активистам и любителям порно тайно просматривать веб-страницы, генераторы случайных чисел, которые питают онлайн-казино, смарт-карты, которые позволяют вам проходить через запертые двери на работе, безопасность вашей домашней сети Wi-Fi, двухфакторная аутентификация, которую вы используете для входа в свою учетную запись электронной почты», – перечисляет угрозы Wired. Все это может быть скомпрометировано.

Насколько вероятны все эти ужасы? Wired сравнивает перспективу наступления Q-Day с «русской рулеткой». По его данным, с вероятностью 33% все это произойдет до 2035 года, а с вероятностью 15% происходит уже сейчас, потому что многие правительства, в том числе Китай, вкладывают миллиарды долларов  в разработку квантовых компьютеров, а тот, кто первым сумеет создать квантовый «ключ от всех дверей» скорее всего, постарается сохранить этот факт в тайне.

Гендиректор Nvidia Дженсен Хуанг в январе высказал мнение, что выход на рынок реально полезных квантовых компьютеров может занять от 15 до 30 лет. Впрочем, уже два месяца спустя он признал, что ошибался, а также объявил, что Nvidia построит в Бостоне центр квантовых компьютерных исследований.

С другой стороны, Дэйв Тайку из компании по кибербезопасности RSA указывает, что для взлома типичного 2048-битного ключа шифрования понадобится квантовый компьютер с 20 млн кубитов, в то время как как самый продвинутый чип IBM Condor содержит 1121 кубитов, планируемый в 2025 году чип Flamingo — 1386 кубитов, а ожидаемый в 2026 году Kookaburra — 4158 кубитов.

«В ближайшей перспективе квантовые компьютеры хороши для одной цели — публикации статей в престижных журналах. Второе, в чем они хороши… — получение финансирования», — сказал Саймон Гарфинкель, соавтор книги «Закон и политика для квантового века» на конференции Enigma 2023 в Санта-Кларе (Калифорния).

«Я бы добавил третий ближайший результат квантовых вычислений: создание сенсационных заголовков», – резюмирует Тайку.