Без квантово-безопасного шифрования критическая инфраструктура рухнет под новыми угрозами.

На протяжении десятилетий RSA и эллиптическая криптография (ECC) образовывали основу цифровой безопасности. От защиты онлайн-банкинга до военных коммуникаций эти алгоритмы выдержали испытание временем – в основном потому, что они основаны на математических проблемах, которые вычислительно дороги для решения с помощью классических компьютеров. Но статус-кво находится под атакой. Искусственный интеллект, особенно когда он сочетается с новыми вычислительными моделями и работает на квантовых компьютерах, начнет подтачивать некогда неприступные основы этих криптографических схем.

Проблема с RSA и ECC

Безопасность RSA основана на трудности факторизации больших целых чисел – произведения двух больших простых чисел. ECC основана на трудности эллиптической кривой дискретного логарифма проблемы (ECDLP). В классических вычислениях эти проблемы практически неразрешимы в разумном временном интервале, когда размеры ключей достаточно велики.

Но вот что важно: обе эти системы безопасны только потому, что никто еще не придумал более быстрый способ их взлома – пока что. И теперь ИИ начинает давить.

ИИ не только о чат-ботах

Забудьте о пустяках о ChatGPT, пишущем стихи, или Midjourney, генерирующем аватары аниме. Реальная сила ИИ заключается в его способности распознавать закономерности, оптимизировать пространства поиска и итерировать решения быстрее, чем любой человеческий кодер или аналитик. Когда ИИ применяется к криптографии, он не взламывает коды в голливудском смысле – он глубоко проникает в математические структуры, которые делают RSA и ECC “трудными” проблемами.

Модели машинного обучения, особенно нейронные сети, все чаще используются для предсказания математических структур, приближения сложных функций и руководства эвристическими алгоритмами. В криптоанализе это переводится как:

• Определение слабых ключей быстрее.
• Использование реализации ошибок в масштабе.
• Ускорение факторизации методов.
• Изучение закономерностей в операциях эллиптических кривых.

Машинное обучение в факторизации

RSA имеет слабое место – факторизацию целых чисел. Традиционные атаки, такие как общий метод сита чисел (GNFS), уже требуют огромных ресурсов, но теоретически возможно. Теперь ИИ усиливает эти методы.

Недавние исследования изучают, как нейронные сети могут быть использованы для предсказания структуры числовых полей, используемых при факторизации. Вместо того, чтобы полагаться на грубую силу, ИИ помогает приоритизировать пути, которые с большей вероятностью приведут к успешному разложению.

Также ведутся исследования по обучению моделей для обратного проектирования частичной информации о ключе или приближения частных ключей из утечек данных – задачи, которая ранее была невозможна из-за огромной сложности. ИИ превращает эту сложность в решаемую задачу оптимизации.

ECC и ИИ-усиленные атаки

ECC часто считается более безопасным, чем RSA, потому что он достигает сопоставимой безопасности с намного меньшими размерами ключей. Но эта меньшая площадь поверхности также более чувствительна к точечным атакам – и ИИ использует это.

ИИ используется для:

• Ускорения алгоритма Полларда-Ро, одного из основных инструментов, используемых для атак на ECC. Оптимизируя проход через пространство эллиптической кривой, машинное обучение может значительно сократить время столкновений.
• Проведения боковых атак, где модели, обученные на электромагнитных или энергопотребляющих данных, могут вывести частные ключи, используемые в операциях ECC.
• Генерации кривых-специфических эксплойтов, где модели ИИ анализируют арифметические свойства кривых, чтобы определить те, которые слабее или более восприимчивы к атаке.

Боковые атаки переходят на новый уровень

Традиционно боковые атаки (SCA) требуют физического доступа и высокоразрешающих измерительных инструментов. ИИ делает эти атаки удаленными и автоматизированными. Например, модели глубокого обучения могут быть обучены для классификации тонких вариаций времени вычислений, энергопотребления или даже акустических излучений, чтобы вывести частные ключи.

Самый большой прорыв? ИИ не нуждается в знании теоретических основ системы, которую он атакует – ему просто нужно достаточно обучающих данных. Как только модели обучены, они могут прорезать криптографические операции, как бензопилу, обходя математические защиты полностью.

Симбиоз до- и пост-квантовой криптографии

Вы можете подумать, что квантовые вычисления – это реальная экзистенциальная угроза для RSA и ECC. И вы будете правы – алгоритм Шора, работающий на достаточно мощном квантовом компьютере, уничтожит оба.

Но вот что важно: ИИ действует как мост к квантовому преимуществу. Пока мы ждем, пока квантовые машины созреют, ИИ делает сегодняшние классические атаки быстрее, более масштабируемыми и более эффективными. Некоторые исследователи даже разрабатывают квантово-инспирированные модели ИИ, чтобы симулировать поведение квантовых алгоритмов, таких как Шор или Гровер, используя классическое оборудование.

По сути, ИИ сокращает сроки этих криптографических схем до того, как они станут устаревшими – даже до прибытия квантового превосходства.

Последствия для безопасности

Угроза, которую ИИ представляет для RSA и ECC, больше не является теоретической проблемой – это происходит сейчас. Этот сдвиг в криптографическом ландшафте воспринимается серьезно правительствами, агентствами кибербезопасности и частными предприятиями. Национальный институт стандартов и технологий (NIST) США, например, возглавляет глобальный переход к пост-квантовой криптографии. После лет исследований NIST утвердил набор квантово-устойчивых алгоритмов – включая CRYSTALS-Kyber и CRYSTALS-Dilithium – которые предназначены для того, чтобы выдержать как классические, так и квантовые атаки. Важно отметить, что эти алгоритмы также проходят тестирование, чтобы обеспечить их устойчивость против криптоанализа, усиленного ИИ, подчеркивая, как машинное обучение уже является фактором в планировании безопасности.

В то же время устаревшие системы, которые все еще полагаются на RSA и ECC, становятся критическими уязвимостями. Эти устаревшие схемы широко встроены в системы, которые образуют основу нашей цифровой жизни – от виртуальных частных сетей (VPN), используемых удаленными работниками, до прошивки, контролирующей все, от маршрутизаторов до медицинских устройств. Если их не обновить, эти компоненты могут служить точками входа для атакующих, которые используют либо классические ИИ-усиленные атаки сегодня, либо квантовые прорывы завтра.

Угрозы критической инфраструктуры

Еще более тревожна угроза критической инфраструктуры. Энергетические сети, системы очистки воды, транспортные системы и сети здравоохранения часто работают на устаревшем или труднообновляемом программном обеспечении, которое полагается на RSA или ECC. Успешное нарушение этих систем – особенно если оно нацелено на их криптографические контроли – может привести к реальным нарушениям и угрозам для общественной безопасности. В контексте угроз со стороны государств эти системы особенно привлекательны для шпионажа и саботажа.

Что нужно изменить

Вот реальность: если вы все еще развертываете RSA или ECC в новых системах, вы уже отстаете. ИИ не нужно полностью взломать эти системы, чтобы сделать их незащищенными – ему просто нужно ослабить их достаточно, чтобы сделать их эксплуатацию практической для государственных акторов или хорошо финансируемых противников.

Современная защита должна измениться:

• Принять пост-квантовую криптографию, такую как латично-ориентированная, хэш-ориентированная или многомерная полиномиальная схемы.
• Изучить технологические платформы, которые обеспечивают криптографическую гибкость, чтобы сделать криптографические обновления легкими и безболезненными.
• Инвестировать в методы криптографии, устойчивые к ИИ, то есть алгоритмы, специально разработанные для сопротивления ИИ-усиленному анализу.
• Провести ИИ-ред-тиминг – симулировать умных противников, которые используют машинное обучение для проверки вашей безопасности.
• Пересмотреть гигиену реализации: многие ИИ-атаки успешны потому, что реализации плохи, а не потому, что теория ошибочна.

Основная мысль

ИИ делает для криптографии то же, что он уже сделал для других отраслей: находит слабые звенья быстрее, чем мы можем их исправить. RSA и ECC еще не мертвы – но письмо на стене. Старая гвардия криптографии больше не может стоять без挑ений. Либо мы эволюционируем, либо отстаем.

ИИ-усиленные атаки делают старые схемы шифрования устаревшими. Правительства и исследователи разрабатывают новые пост-квантовые стандарты криптографии, чтобы подготовиться к тому, что грядет. Тем временем устаревшие системы, которые все еще используют RSA или ECC – особенно в критической инфраструктуре, такой как энергетические сети или больницы – все больше подвергаются риску. Эти системы могут быть скомпрометированы с разрушительными последствиями, особенно государственными акторами.

Ждать больше не является вариантом. Безопасность теперь означает быть гибким, проактивным и готовым к обоим ИИ и квантово-усиленным угрозам. Итак, сообщение критической инфраструктуре ясно: начинайте думать как ИИ-усиленный противник – потому что именно это вы ищете для ваших данных.