Производители микросхем начали готовиться к эпохе квантовых компьютеров и новым угрозам кибербезопасности
Развитие квантовых компьютеров ставит перед мировой индустрией информационной безопасности новую задачу. Специалисты предупреждают, что в будущем такие вычислительные системы могут получить возможность взламывать современные методы шифрования, которыми сегодня защищаются банковские операции, медицинские данные, государственные документы и конфиденциальная переписка.
Хотя практических квантовых компьютеров, способных выполнять подобные атаки, пока не существует, специалисты считают необходимым заранее готовиться к этому сценарию. Причём речь идёт не только о создании новых алгоритмов шифрования, но и о разработке специализированных микросхем, которые смогут эффективно использовать такие методы защиты.
Именно поэтому производители полупроводников всё активнее включаются в разработку технологий постквантовой криптографии — систем защиты информации, рассчитанных на противодействие будущим квантовым атакам.
Швейцарская и американская компании объявили о сотрудничестве
Швейцарская компания SEALSQ, специализирующаяся на кибербезопасности, и американский производитель полупроводников GlobalFoundries (GF) подписали меморандум о взаимопонимании, предусматривающий совместную разработку аппаратных средств постквантовой защиты, защищённых полупроводниковых платформ и специализированных микросхем для будущих квантовых вычислительных систем.
По словам генерального директора SEALSQ Карлоса Морейры, сегодня полупроводниковая отрасль, кибербезопасность, постквантовая криптография и квантовые вычисления постепенно объединяются в единую технологическую экосистему.
Почему современные методы защиты могут устареть
Большинство современных систем защиты информации основано на криптографических алгоритмах RSA и криптографии на эллиптических кривых. Их безопасность обеспечивается тем, что обычным компьютерам потребовались бы миллионы или даже миллиарды лет для решения математических задач, лежащих в основе этих алгоритмов.
Однако теоретически достаточно мощный квантовый компьютер сможет использовать алгоритм Шора, который радикально ускоряет факторизацию больших чисел и решение некоторых других задач. В результате современные схемы шифрования могут оказаться уязвимыми.
Именно поэтому в последние годы были разработаны алгоритмы постквантовой криптографии, устойчивые к подобным атакам. Однако внедрить их значительно сложнее, чем создать математическую модель.
Новые алгоритмы требуют больше вычислительных ресурсов, увеличивают энергопотребление и предъявляют повышенные требования к аппаратной части устройств.
Защита будет встроена непосредственно в микросхемы
Сотрудничество SEALSQ и GlobalFoundries направлено на создание аппаратных модулей безопасности, которые смогут выполнять постквантовые криптографические операции непосредственно на уровне микросхем.
В проекте также участвует компания MIPS, входящая в структуру GlobalFoundries. Совместно партнёры планируют разработать сертифицированные аппаратные блоки безопасности, которые производители смогут интегрировать в будущие процессоры без необходимости самостоятельно реализовывать всю криптографическую инфраструктуру.
Фактически речь идёт о готовых аппаратных компонентах, которые будут выполнять функции защиты данных непосредственно внутри процессора.
Кроме того, компании намерены создать специализированные защитные чиплеты — небольшие микросхемы, отвечающие за хранение криптографических ключей, безопасное выполнение критически важных операций и изоляцию конфиденциальной информации от остальных компонентов системы.
Квантовым компьютерам тоже нужны специальные микросхемы
Проект касается не только защиты информации от квантовых компьютеров, но и создания электронных компонентов для самих квантовых вычислительных систем.
Большинство современных квантовых процессоров работает при температурах, близких к абсолютному нулю — всего на несколько долей градуса выше 0 Кельвинов (−273,15 °C). В таких условиях обычная электроника функционирует крайне неэффективно.
Поэтому SEALSQ и GlobalFoundries планируют разработать специализированные криогенные интегральные схемы специального назначения (ASIC), способные работать при сверхнизких температурах. Такие микросхемы будут использоваться для управления оборудованием, обслуживающим квантовые процессоры.
CMOS может сыграть новую роль
По мнению компаний, важную роль в развитии квантовой отрасли может сыграть хорошо известная технология CMOS (комплементарная структура металл–оксид–полупроводник), которая уже несколько десятилетий применяется при производстве практически всех современных процессоров.
Благодаря высокой масштабируемости, надёжности и отработанным производственным процессам CMOS может стать основой для выпуска вспомогательной электроники нового поколения, необходимой для работы квантовых вычислительных комплексов.
До практического применения ещё далеко
Несмотря на высокие ожидания, эксперты подчёркивают, что соглашение носит стратегический характер и пока не означает появления готовых коммерческих решений.
Полноценных квантовых компьютеров, способных взломать современные криптографические системы, пока не существует. Большинство необходимых технологий, включая специализированные микросхемы, криогенную электронику и аппаратные средства постквантовой защиты, находятся на стадии проектирования, испытаний и проверки.
Тем не менее сотрудничество SEALSQ и GlobalFoundries отражает растущую тенденцию: подготовка к квантовой эпохе начинается задолго до появления самих мощных квантовых компьютеров, а ключевую роль в этой подготовке будут играть не только новые алгоритмы шифрования, но и специализированные полупроводниковые технологии.