В квантовой криптографии произошло событие, которое сами исследователи называют решением одной из самых сложных открытых задач последних лет. Речь идет о так называемом "неклонируемом шифровании". Если совсем упростить, то идея выглядит достаточно интересно. В обычной криптографии зашифрованный файл можно бесконечно копировать. Даже если злоумышленник не знает ключа сегодня, он может сохранить копию шифртекста и дождаться момента, когда ключ станет известен или появится более мощный компьютер. Именно поэтому сейчас все упоминают угрозу "сохрани сейчас – расшифруй потом".

Квантовая механика позволяет задуматься о совершенно другом подходе. Вместо обычного файла сообщение шифруется в виде квантового состояния – набора кубитов. А такие состояния нельзя идеально копировать. Это фундаментальный закон физики, известный как теорема о невозможности клонирования (No-Cloning Theorem). Попытка сделать копию не просто не удается – она изменяет само состояние.

Отсюда рождается необычное следствие. Представьте, что вы отправили человеку зашифрованное сообщение, а на следующий день… опубликовали ключ в открытом доступе. Для классической криптографии это означает полный провал: любой, кто успел сохранить копию шифртекста, сможет его расшифровать. Для неклонируемого квантового шифрования это уже не так. Если злоумышленник не смог сохранить копию квантового состояния (а он не может), то опубликованный позже ключ ему уже ничем не поможет.

Почему же вокруг этой темы столько шума? Потому что придумать такую схему оказалось значительно проще, чем доказать, что она действительно безопасна. Последние шесть лет криптографы пытались строго показать, что злоумышленник не сможет получить никакого преимущества, даже если попытается разделить квантовый шифртекст между несколькими участниками. Предыдущие работы доказывали лишь более слабые свойства безопасности. А вот доказательство более сильной модели – той самой, которую в современной криптографии считают "золотым стандартом" (в работе говорится о сложнопроизносимом термине "indistinguishability"), – никак не удавалось получить.

Именно эту проблему, судя по всему, удалось решить авторам новой работы. Причем любопытно, что в обсуждении исследования отдельно упоминается ChatGPT (это меня и зацепило); по словам авторов и коллег, эта LLM помогла найти новую идею доказательства, которая не опирается на единственный математический инструмент, которым пользовалось сообщество многие годы. Конечно, не стоит думать, что "ИИ решил задачу за ученых". Скорее, он стал интеллектуальным ассистентом, подсказавшим альтернативный путь рассуждений. Но сам факт уже выглядит довольно символично.

Авторы доказали существование схемы, которая одновременно:
🌸 использует настоящие квантовые состояния
🌸 не требует предположений о вычислительной сложности, то есть обеспечивает информационно-теоретическую безопасность
🌸 обладает сильным свойством unclonable indistinguishability (не знаю, как на русском это будет звучать)
🌸 имеет экспоненциально малую вероятность успешной атаки
🌸 эффективно шифрует и расшифровывает (правда, пока только для одного бита информации). 

До практического применения еще далеко. Для такой схемы нужны квантовые каналы связи и устройства, способные надежно хранить кубиты, а сама работа пока носит фундаментальный характер. Но именно подобные результаты обычно становятся кирпичиками, из которых спустя годы вырастают новые поколения криптографических технологий. Возможно однажды мы действительно придем к ситуации, в которой украсть зашифрованные данные "на будущее" станет физически невозможно 💀

ЗЫ. Вот интересно, за последнее время опубликовано множество примеров, где то Fable, то GPT, то Qwen находят неожиданные способы решения (или помогают найти) нерешенных ранее проблем в физике, математике, химии и т.п. А есть такие факты с Гигачатом?

#ии #pqc #криптография