Прогресс в области создания квантовых вычислительных машин создает принципиально новую проблему для глобальной индустрии, занимающейся защитой информации. Эксперты высказывают опасения, что подобные системы со временем смогут дешифровать существующие способы шифрования, которые сейчас применяются для защиты финансовых транзакций, сведений о здоровье пациентов, государственных архивов и частной переписки.

Несмотря на то, что в настоящее время нет действующих квантовых компьютеров, способных осуществлять подобные взломы, эксперты настаивают на необходимости заблаговременной подготовки к такому развитию событий. Речь идет не только о разработке инновационных алгоритмов шифрования, но и о создании специализированного оборудования – микросхем, которые смогут эффективно применять новые методы защиты.

По этой причине производители полупроводниковых устройств все более активно участвуют в процессе разработки технологий постквантовой криптографии — систем информационной безопасности, предназначенных для отражения потенциальных квантовых атак.

Представители швейцарской и американской компаний заявили о начале совместной работы.

Швейцарский разработчик решений по кибербезопасности SEALSQ и американская компания GlobalFoundries (GF), занимающаяся производством полупроводников, заключили соглашение о сотрудничестве. Оно предполагает совместную работу над созданием аппаратных средств для защиты от квантовых вычислений, защищенными платформами на основе полупроводниковых технологий и специализированными микросхемами, предназначенными для перспективных вычислительных систем нового поколения.

Генеральный директор SEALSQ Карлос Морейра отметил, что в настоящее время такие отрасли как производство чипов, обеспечение безопасности данных, постквантовая криптография и квантовые вычисления все больше интегрируются друг с другом, формируя комплексную технологическую среду.

В чем заключается уязвимость существующих мер защиты

Значительная часть современных систем информационной безопасности опирается на алгоритмы шифрования RSA и криптографию эллиптических кривых. Их надежность базируется на сложности математических вычислений, необходимых для взлома этих методов, что требует огромных временных затрат – миллионы или даже миллиарды лет при использовании обычных компьютеров.

Тем не менее, при наличии достаточно производительной квантовой машины, она может применять алгоритм Шора, позволяющий существенно ускорить разложение больших чисел на множители и решить ряд других вычислительных проблем. Это ставит под угрозу надежность существующих методов шифрования.

По этой причине в последнее время были созданы методы постквантовой криптографии, способные противостоять подобным воздействиям. Но их интеграция значительно труднее, чем построение математической основы.

Новые решения требуют больше вычислительной мощности, приводят к росту потребления энергии и предъявляют более строгие требования к аппаратной инфраструктуре устройств.

Механизмы защиты будут интегрированы непосредственно в структуру микросхем.

Объединив усилия, SEALSQ и GlobalFoundries стремятся к разработке специализированных аппаратных средств защиты данных. Эти модули будут способны обеспечивать криптографическую защиту нового поколения, устойчивую к квантовым вычислениям, прямо на уровне интегральных схем.

В рамках этой инициативы также задействована компания MIPS, являющаяся частью GlobalFoundries. Партнёры намерены совместно создать сертифицированные блоки аппаратной безопасности, которые производители смогут включать в свои будущие процессоры, избегая необходимости самостоятельной разработки сложной криптографической системы.

По сути, это будут уже готовые к использованию микросхемы для защиты информации непосредственно внутри центрального процессора.

В дополнение к этому, компании планируют создание отдельных защитных чипов – миниатюрных интегральных схем. Они предназначены для надёжного хранения криптографических ключей, безопасного выполнения важнейших операций и предотвращения утечки конфиденциальной информации за пределы системы.

Для функционирования квантовых компьютеров также требуются уникальные интегральные схемы.

Инициатива охватывает не только обеспечение безопасности данных от воздействия квантовых вычислений, но и производство электронных деталей для самих систем квантовой обработки информации.

Современные квантовые процессоры зачастую функционируют при температурах, приближающихся к абсолютному нулю – на незначительную величину выше 0 Кельвинов (что соответствует −273,15 °C). В подобных условиях стандартная электроника демонстрирует низкую производительность.

В связи с этим SEALSQ и GlobalFoundries намерены создать специализированные криогенные интегральные схемы на заказ (ASIC), предназначенные для работы в условиях экстремально низкой температуры. Эти микросхемы будут применены для управления устройствами, поддерживающими квантовые процессоры.

CMOS может обрести новую функцию

По оценкам специалистов из ряда организаций, значительный вклад в прогресс квантовых технологий способна внести устоявшаяся технология CMOS (комплементарный металл-оксид-полупроводник), которая на протяжении многих лет используется при создании большинства современных микросхем.

Имея такие качества как возможность адаптации к уменьшению размеров, стабильность и проверенные методы изготовления, CMOS может послужить базой для создания вспомогательных электронных компонентов нового типа, которые потребуются в функционировании квантовых вычислителей.

До практического применения ещё далеко

При всей оптимистичности прогнозов аналитики акцентируют внимание на том, что данное партнерство имеет стратегическое значение и не предвещает скорого появления готовых продуктов для потребителей.

На сегодняшний день полноценно функционирующие квантовые вычислительные машины, обладающие возможностью дешифровывать современные методы защиты информации, не созданы. Значительная часть требуемых компонентов – от уникальных интегральных схем до систем охлаждения сверхнизких температур и аппаратного обеспечения для постквантовой криптографии – проходит этапы разработки, тестирования и оценки эффективности.

Вместе с тем, совместная работа SEALSQ и GlobalFoundries демонстрирует набирающую силу направленность: подготовка к периоду квантовых вычислений стартует задолго до создания высокопроизводительных квантовых компьютеров. В этом процессе важную роль будут играть не только новые методы шифрования данных, но и инновационные полупроводниковые решения.