По оценкам некоторых экспертов, стоимость рынка квантовой криптографии к 2018 году достигнет 1 миллиарда долларов. Поэтому неудивительно, что в этой сфере ведутся активные разработки. Например, в конце февраля этого года на выставке Mobile World Congress в Барселоне производитель телекоммуникационного оборудования Nokia и сотовый оператор SK Telecom представили разработанный ими прототип квантовой криптографической системы.
Годом ранее ученые из Кембриджского университета и компании Toshiba продемонстировали технологию распространения криптографических квантовых ключей, работающую в два раза быстрее аналогичных решений. Разработки в сфере криптографических технологий ведутся и в России.
/ Flickr / Adam Foster / CC
Квантовый опыт
Квантовая защита строится на физическом принципе, согласно которому невозможно прочесть состояние фотона без последствий. Первое воздействие изменяет частицу, что свидетельствует о попытке обращения к каналу третьей стороной.
«Таким образом, информация, которая передается в виде однофотонных лазерных импульсов по существующим оптоволоконным каналам связи, защищена от прослушивания, а взлом системы, по сути, противоречит законам физики», — отмечает Артур Глейм, генеральный директор предприятия «Квантовые коммуникации», созданного на базе Университета ИТМО.
Ученые Университета ИТМО уже давно занимаются вопросами квантовых технологий и имеют опыт разработки систем квантовой связи. Речь идет, в частности, о НИР, в рамках которой было предложено генерировать одиночные фотоны (носители информации) в результате фазовой модуляции классических импульсов и передавать квантовые сигналы на дальние расстояния по оптическому кабелю.
При этом система, которую развивает компания«Квантовые коммуникации», основана на применении поднесущих частот (квантовые сигналы выносятся на боковые частоты). Принцип работы подобной системы следующий: импульс, сгенерированный лазером (на заданной частоте), пропускается через электрооптический фазовый модулятор. На модулятор подается сигнал на более низкой частоте, в результате чего кодирование осуществляется параметрами вспомогательной синусоиды. Сама квантовая информация передается отстройкой дополнительных частот (их может быть несколько) в спектре импульса относительно центральной частоты.
При этом спектр передается по линиям связи одним импульсом, поэтому и любые изменения, которые вносит среда передачи, влияют на весь импульс. Подобный подход позволяет не только отследить любые вмешательства в процесс передачи информации, но и снять ограничения на скорость и дальность передачи данных и повысить эффективность квантовых криптографических систем в оптических сетях.
Такие системы в будущем позволят создать инфраструктуру нового типа. В перспективе мы увидим, как появятся интегральные программно-определяемые сети, использующие как защищенные системы распределения квантовых ключей, так и традиционное шифрование для защиты данных. Также можно ожидать появление квантовых повторителей (например, компания SK Telecom уже занимается созданием так называемых доверенных узлов), призванных увеличить расстояние для передачи квантовых ключей.
В построении нового безопасного мира примут участие и ученые Университета ИТМО. Недавно команда Университета выиграла правительственный грант на создание системы управления географически распределенным центром обработки данных. Главная особенность — каналы связи, защищенные квантовыми технологиями.
План нового проекта
В качестве инициатора проекта выступил поставщик телекоммуникационных сетей и услуг связи — компания «СМАРТС». Сам проект разбили на два этапа. Сперва будут реализованы программные комплексы для управления дата-центрами на базе технологий SDN и виртуализации. Затем — в решение внедрят квантовые системы защиты каналов трансляции данных. Важно отметить, что квантовая часть будет разрабатываться с прицелом на работу с распределенными центрами обработки данных (ЦОД).
Обычно большая часть из всех затрат на ИТ-инфраструктуру приходится на системы хранения информации. По данным портала бизнес-статистики Statista, эта цифра составила 46,5 миллиарда долларов в 2016 году, а в 2019 году она увеличится до 51,3 миллиарда. Разработчики отмечают, что создаваемая система позволит повысить безопасность хранения и передачи данных и эффективнее расходовать выделяемые для этой цели ресурсы.
«В настоящее время крупные организации размещают свои ЦОДы в различных городах отдельной страны, в разных странах и даже на разных континентах. И задача повышения эффективности использования совокупных ресурсов распределенной системы является актуальнейшей для этих компаний», — рассказывает Олег Садов, ведущий сотрудник лаборатории сетевых технологий в распределенных компьютерных системах.
Сейчас команда вуза работает над системами, способными встраиваться в ИТ-инфраструктуру привычным для телекоммуникационных операторов способом – упор будет делаться на модульный подход. Как отмечает руководитель проекта и декан факультета Инфокоммуникационных технологий Сергей Хоружников, система будет создаваться с использованием программно-настраиваемых решений и виртуализации ресурсов.
Таким образом, разработчики хотят задать новый уровень взаимодействия с пользователями, когда различные технические аспекты масштабируются под индивидуальные запросы. Команда работает над технологией невзламываемого и эффективно управляемого дата-центра. И поскольку в других проектах ученые создают только отдельные элементы таких систем, разработка Университета ИТМО, по словам Сергея Хоружникова, аналогов в мире не имеет. По завершении трехлетнего периода гранта, ученые представят опытные образцы всех компонентов, необходимых для работы системы.
P.S. Еще новости из нашей жизни: Университет ИТМО начинает подготовку IT-специалистов в области нейротехнологий.
Автор: Университет ИТМО
