Щит от будущего: ученые создали метод шифрования видео, устойчивый к взлому квантовыми компьютерами
Ученые-компьютерщики заявили, что разработали новый метод шифрования, предназначенный для защиты конфиденциальных данных от одной из самых больших надвигающихся угроз в кибербезопасности: квантовых компьютеров, достаточно мощных, чтобы взламывать современные криптографические системы.
В исследовании, опубликованном в феврале 2025 года в журнале IEEE Transactions on Consumer Electronics (но обнародованном в заявлении 2 марта 2026 года), исследователи предложили гибридную структуру шифрования, специально разработанную для защиты видеоданных — от записей камер наблюдения до видеозвонков — как от современных хакеров, так и от будущих атак с использованием квантовых технологий.
Ожидается, что квантовые компьютеры произведут революцию в таких областях, как химия и создание новых материалов, но та же технология может создать головную боль для кибербезопасности. Большая часть шифрования, защищающего банковские транзакции, личные сообщения и безопасные веб-сайты, зависит от математических задач, на решение которых самым быстрым суперкомпьютерам сегодня потребовались бы миллионы или даже миллиарды лет. Однако достаточно мощная квантовая машина могла бы решить эти задачи за часы или дни, потенциально раскрывая данные, которые сейчас считаются безопасными.
«Представьте обычный компьютерный взлом как попытку открыть обычный дверной замок — перебор всех комбинаций может занять дни или даже годы, — говорится в заявлении С.С. Айенгара, профессора и директора Центра передового опыта цифровой криминалистики Международного университета Флориды. — Но квантовый компьютерный взлом — это как обладать ключом, который может перебирать множество комбинаций одновременно. Именно это делает квантовые угрозы такими мощными».
Квантово-защищенное шифрование, кадр за кадром
Чтобы решить эту проблему, исследователи сосредоточились на том, как видео шифруется и передается через интернет. Их система сочетает в себе обычные методы безопасности с элементами, разработанными для сохранения устойчивости даже в случае развития квантовых вычислений. Вместо шифрования видео как единого большого файла, метод генерирует псевдослучайные ключи, которые перемешивают отдельные кадры перед передачей. На практике видеоданные шифруются с помощью криптографических ключей, которые могут расшифровать только авторизованные пользователи. Даже если злоумышленники перехватят передачу, базовая информация останется нечитаемой без правильного ключа.
То, что отличает эту технику от обычных подходов, — это ее фокус на структуре видео. Видеофайлы часто содержат шаблоны — повторяющиеся структуры, создаваемые алгоритмами сжатия или сходством кадров, — которые злоумышленники иногда могут использовать во время криптоанализа (практики поиска слабых мест в криптографических алгоритмах). Новая структура пытается устранить эти шаблоны за счет увеличения случайности, или «энтропии», зашифрованных видеокадров.
Согласно исследованию, эта статистическая случайность является ключевым фактором измерения силы шифрования. В своих симуляциях исследователи измеряли такие факторы, как случайность зашифрованных данных и степень сходства соседних точек данных. Чем более случайным был результат и чем меньше обнаруживаемых шаблонов он содержал, тем труднее было бы злоумышленникам проводить анализ. Основываясь на этих тестах, команда заявила, что в их симуляциях система превзошла аналогичные методы видеошрифрования примерно на 10-15%. Преимущество было достигнуто в основном за счет устранения шаблонов, которые злоумышленники иногда используют в качестве подсказок при анализе зашифрованных файлов.
Другим важным аспектом этой разработки является то, что она работает на современных обычных компьютерах. Хотя система разработана с учетом будущих квантовых угроз, она не требует специализированного квантового оборудования. Это означает, что теоретически она может быть интегрирована в существующую инфраструктуру, которая в настоящее время используется для видеоконференций, облачного хранения или систем наблюдения.
Защита от «Дня Q»
Эта новая техника — лишь одна часть гораздо более масштабных усилий по подготовке к «Дню Q» — гипотетическому будущему моменту, когда квантовые компьютеры достигнут превосходства и станут достаточно мощными, чтобы взламывать широко используемые системы шифрования. Правительства и отраслевые группы по всему миру уже работают над заменой уязвимых криптографических стандартов на квантово-устойчивые альтернативы. Например, Национальный институт стандартов и технологий США (NIST) в течение многих лет оценивает новые формы шифрования, предназначенные для выживания при атаках будущих квантовых машин. В настоящее время агентство стандартизирует несколько таких алгоритмов, чтобы они могли в конечном итоге заменить системы с открытым ключом, используемые сегодня в интернете.
Новое исследование не заменяет эти emerging standards (новые стандарты). Скорее, оно представляет собой дополнительный уровень защиты, специально адаптированный для видеоданных. Поскольку видеокоммуникации становятся все более центральными для бизнеса, правительства и повседневной жизни — и поскольку синтетические медиа и дипфейки становятся все проще в создании — эксперты говорят, что все более важным становится обеспечение подлинности и безопасности видеопотоков. Исследователи работают над масштабированием системы с небольших тестовых файлов до полноценных видеопотоков и платформ связи в реальном времени. В случае успеха эта технология или аналогичная система в конечном итоге сможет использоваться для защиты всего — от корпоративных совещаний до сетей наблюдения — как от современных хакеров, так и от будущих квантовых компьютеров.
Несмотря на оптимистичные результаты, у новой методики есть и скептики. Критики указывают, что симуляции — это одно, а реальная работа в условиях постоянно меняющихся атак — совсем другое. Главный вопрос заключается в том, насколько хорошо алгоритм справится с потоковым видео в реальном времени, где каждый миллисекунда задержки может разрушить качество связи. Увеличение «энтропии» (случайности) требует дополнительных вычислительных мощностей, что может стать проблемой для мобильных устройств с ограниченным процессором или для видеосервисов, обрабатывающих миллионы потоков одновременно.
Более того, сам термин «квантово-устойчивый» относителен. Эксперты напоминают, что настоящий «День Q» может наступить не раньше конца следующего десятилетия, а может и не наступить вовсе, если физики не решат проблему декогеренции. Некоторые специалисты по кибербезопасности считают, что гонка за созданием квантовой криптографии — это маркетинговый ход компаний, продающих «страх и надежду». «Мы до сих пор не знаем, будет ли квантовый компьютер когда-либо достаточно масштабируем, чтобы взломать RSA-2048, — заявил в интервью один из анонимных экспертов. — Пока что это математическая абстракция».
Тем не менее, правительства не могут позволить себе игнорировать угрозу. Данные, которые перехватываются сегодня (например, дипломатическая переписка или медицинские записи), могут храниться злоумышленниками годами, чтобы быть расшифрованными, когда квантовые компьютеры станут реальностью. Это так называемая стратегия «собрать сейчас, расшифровать позже» (store now, decrypt later). Именно против этой стратегии и направлена разработка Айенгара. Даже если ваш разговор по видеосвязи будет перехвачен сегодня, через десять лет, когда появится мощный квантовый компьютер, он все равно не сможет прочитать эти данные, если они зашифрованы с учетом квантовой устойчивости.
Параллельно с программными методами, такими как этот, развиваются и квантовые методы распределения ключей (QKD), которые используют фотоны для создания абсолютно защищенных каналов связи. Однако QKD требует дорогого и громоздкого оборудования. Программный подход, предложенный исследователями, гораздо дешевле и проще в интеграции. В будущем, вероятно, будет использоваться гибридная модель: самые критически важные данные (например, управление ядерным оружием или трансляции президента) будут защищены QKD, а массовые сервисы вроде Zoom или YouTube — алгоритмами вроде того, что создала команда Айенгара.
Разработчики уже ведут переговоры с несколькими крупными технологическими компаниями о внедрении их метода в протоколы WebRTC, которые лежат в основе браузерных видеозвонков. Если всё пойдёт по плану, то уже через год-два пользователи популярных мессенджеров могут получить настройку «квантово-безопасное шифрование видео», даже не подозревая об этом. И это станет ещё одним незаметным, но важным шагом в гонке вооружений между хранителями данных и теми, кто хочет их украсть. Пока квантовые компьютеры существуют только в лабораториях, битва за будущее конфиденциальности уже идет на уровне математических формул и строчек кода.
