Download to read offline
![28
Наибольшие объемы поставок средств защиты информации приходятся
на силовые ведомства РФ, а также ведущие министерства, такие как ФНС,
ФТС, банковская сфера, и ряд других. Главным сегментом в настоящее вре-
мя является формирование ведомственных облачных структур.
Рынок средств защиты информации традиционно считается по двум осно-
ваниям:
• исходя из общей стоимости поставленных продуктов и услуг;
• исходя из показателей количества внедренных средств защиты;
По данным компании Infotecs в 2014 году ожидается поставка более 5500
тысяч продуктов VipNet (характерный для средств сетевой защиты про-
дукт), на 18% больше по сравнению с 2013 годом [9]. На рубеже 2015-2017
годов среднегодовые темпы роста рынка составят около 13% в год.
Наибольший рост (27%) приходится на азиатские страны и, особенно,
на США, занимающие лидирующее положение на данном рынке (70,6%
от глобального рынка по состоянию на 2012 год.
Темпы роста рынка в США и странах других странах Северной и Южной
Америки составят 11%, темпы роста рынка в Европе составят 8%.
В конце 2017 года ожидается создание более 1 млн. новых защищенных
телекоммуникационных линий во всем мире.
Стремительные темпы роста рынка ожидаются в Китае. В 2014 году ко-
личество индивидуальных и коллективных средств защиты, установленных
на предприятиях Китая, составит более 350 тысяч. На рубеже 2015-2017
годов темпы роста китайского рынка составят не менее 25%. Доля китай-
ского рынка собственных средств защиты информации в целом невелика
и составляет в общем объеме продаж составляет не более 2%, импортные
поставки в Китай средств защиты достигают 79%.
К 2020 году общий объем рынка ожидается между 70 и 100 млрд долларов
США. Ключевые характеристики и области применения защищенных ин-
формационно-телекоммуникационных систем различных стран к 2020 году
будут существенно пересекаться, стирая различия между требованиями
к защите информации и применяемым технологиям, большой вклад будут
вносить квантовые технологии.
70% общего количества продаж услуг в области защиты информации
в 2013 году приходится на США, Россию, Китай, Корею и Германию.
Ключевые игроки-компании (по состоянию на 2011 год более 90% рынка
средств защиты информации новых типов):
• IBM;
• Cisco;
• Nokia;
• Motorolla;
• Samsung;
• Фактор-ТС (Россия)](https://image.slidesharecdn.com/random-150705081003-lva1-app6891/85/C-28-320.jpg)
Uploaded byHEOTEX
Cценарное пространство робототехники, квантовых коммуникаций и тех сингулярность цнтф
Документ обсуждает сценарное пространство в области робототехники, квантовых коммуникаций и будущей технологической инфраструктуры, выделяя необходимость формирования стратегии развития для ключевых игроков на высокотехнологичном рынке. Также рассматривается концепция технологической сингулярности и связанные с ней вызовы, такие как кризисы информационной безопасности и когно-биосовместимости. Важное внимание уделяется созданию новой инфраструктуры и применению государственно-частного партнерства для оптимизации расходов и ускорения научно-технического прогресса.
Cценарное пространство робототехники, квантовых коммуникаций и тех сингулярность цнтф
- 1. Сценарное пространство в робототехнике,квантовых коммуникациях и технологическая инфраструктура будущего
- 3. Сценарное пространство в робототехнике,квантовых коммуникациях и технологическая инфраструктура будущего Центр научно-технологического форсайта Университет ИТМО Санкт-Петербург, 2015 г.
- 5. Содержание Введение Сингулярность и технологическая инфраструктурабудущего Сценарный анализ развития робототехники Технологическая инициатива Квантовые коммуникации 6-7 8-13 14-19 20-36
- 6.
- 7. 7 Введение Сегодня стоит задачаформирования разделенного образа будущего и выработки стратегии развития для компаний, научно-исследовательского сектора, государства. Последние события в области информационной безопасности в мире, достижения и противоречия в искусственном интеллекте и робототехни- ке, транфсормации высокотехнологичных рынков предъявляют новые тре- бования к технологическим, инженерным, организационным, рыночным и финансовым решениям для ключевых игроков. Возникающие проблемы и противоречия, с одной стороны, и возможно- сти, с другой, очевидно, приведут к смене социальных, технологических и рыночных основ области высоких технологий. На сегодняшний день существует острая необходимость совершенство- вания процедуры поиска российских поставщиков, решений и технологий, а также целесообразность сокращения закупок технологий зарубежно- го производства. В настоящее время для этого имеются все основания, т.к. российские компании имеют достаточные компетенции и технологиче- ские возможности для обеспечения разносторонних потребностей спец- служб. Поэтому важными задачами являются: проведение научно-технического прогнозирования, поиск и экспертиза новых разработок и определение перспективных направлений, технологическая разведка, обеспечивающие развитие технологического потенциала спецслужб, государственных кор- пораций, бизнеса и науки, поиск эффективных финансовых механизмов, проведение необходимых опытно-конструкторских работ и продвиже- ния для новых видов информационных систем, систем информационной безопасности, телекоммуникационного оборудования. При этом важной особенностью является использование механизма государственно-частно- го партнёрства при финансировании проектов, что позволяет значительно сократить государственные расходы на достижение вышеуказанных целей. Данный сборник является результатом исследовательской и экспертной деятельности Центра научно-технологического форсайта Университета ИТМО и включает в себя сценарный анализ робототехники, описание тех- нологической инициативы в области квантовых коммуникаций, а также ана- лиз сценарного пространства технологического развития в мире.
- 8. 8 Сингулярность и технологическая инфраструктурабудущего Введение Мировой кризис глобализации диктует России необходимость перехода от модели догоняющего развития к прорывному развитию в логике «обо- гнать не догоняя». На данный момент основным сценарием развития, при- нятым в мире и доминирующим в информационном пространстве, являет- ся сценарий технологической сингулярности на базе NBIC конвергенции и стремлением к трансгуманизму. Сценарий технологической сингулярности вошел в противоречие с законо- мерностями экономического развития и набор технологических барьеров, которые трудно разрешимы в рамках действующей парадигмы. К таким технологическим можно отнести: информационный кризис; кризис эконо- мики расширенного воспроизводства; кризис когно- и биосовместимости. Следующий технологический уклад должен строиться на новой инфра- структуре, технологическое ядро которой будет решать фундаментальные проблемы текущего уклада, то есть строиться на новых технологических принципах. К таким технологиям относятся: квантовые технологии; замкну- тые, локальные, самодостаточные технологии и экономика; технологии принятия решений на основе своевременность вместо эффективности. Для опережающего развития новые технологии инфраструктуры будущего должны сегодня тестироваться на полигонах «нового» и поддерживаться специализированными финансовыми инструментами. Технологические уклады и фазовые переходы Сегодня геополитическая ситуация и тупик мирового экономического раз- вития в рамках глобализации ставит вопрос о реализации собственной независимой экономической и научно-технической политики в России, а также от перехода от догоняющего развития к альтернативным моделям управления. Модель технологических укладов и других похожих концептов (например, фазовых барьеров, длинных циклов Кондратьева) хорошо применима для ретроспективного анализа предыдущих циклов (фаз), поскольку имеется собранная статистика и фактический набор реализованных технологий. В середине цикла при развернутой технологической инфраструктуре про- гнозирование технологического развития и инвестиционный анализ опира- ются на установленные базовые технологии ядра уклада, спектр их приме- нений и скорость разворачивания углубления разделения труда в рамках технологического контура. Луковникова Н., Разгуляев К., Хан Д.
- 9. 9 Однако при приближениик границе циклов (фазовому барьеру) горизонт прогнозирования значительно сокращается, так как потенциал углубления разделения труда в рамках заданного технологического контура исчерпан, а технологическое ядро и инфраструктура следующего уклада не могут быть описаны на базе научных, технических, экономических и социальных принципов, стандартов, правил, что задает контур текущего уклада. Поэтому при управлении технологическим развитием на границах техноло- гических укладов важно выходить за рамки устоявшихся управленческих методик, сформированной технологической инфраструктуры и набора ключевых технологий. Однако основной проблемой является то, что момент наступления фазового кризиса, кризиса технологической инфраструктуры и предела эффективности используемого набора базовых технологий про- ходит незаметно для управляющих центров. Технологическая сингулярность В теории относительности горизонт событий - граница черной дыры, в ко- торой свет полностью удерживаются тяготением и не может выйти в бес- конечность во внешнем пространстве. Для внешнего наблюдателя падение тела в черную дыру вблизи горизонта событий будет выглядеть как беско- нечно замедляющийся и никогда не оканчивающийся процесс, для самого тела момент перехода через горизонт событий окажется незаметным, од- нако выбраться обратно будет уже невозможно даже со скоростью света. Именно за горизонтом событий лежит сингулярность. Идея технологической сингулярности представляет собой концепцию тех- нологического развития, при которой в результате количественного роста технических возможностей возможен качественный переход от управляемого человеком научно-технического прогресса к состоянию, когда прогресс будет определяться искусственным интеллектом и самособирающимися машинами, а скорость технологических изменений станет быстрее возможности челове- ческого восприятия. С технологической сингулярностью связана также идея трансгуманизма – улучшение возможностей человека с помощью технических устройств, а также создание искусственного человека, включая перенос сознания на физический носитель и достижение бессмертия. Таким образом, технологическая сингулярность имеет дело с искусствен- ным интеллектом, ростом вычислительных мощностей, интеграцией тех- нических устройств и человека и увеличением биологических свойств и возможностей человека (в том числе мозга) за счет киборгизации, биомоди- фикаций и т.д. Технологической основой для концепции технологической сингулярности слу- жит NBIC конвергенция, а ключевой датой является 2045 год, когда будет прой- дена точка невозврата и технический прогресс станет неконтролируемым. Поскольку в данной теоретической модели для обоих наблюдателей момент достижения горизонта и падение в сингулярность остаются незаметными, то наступление технологической сингулярности, намеченную на 2045 год, си- стема, скорее всего, не заметит.
- 10. 10 При этом реализацияна практике искусственного интеллекта, самовоспро- изводящихся машин и нанороботов, интернета вещей и других призна- ков наступления технологической сингулярности не является критерием для понимания и фактором потери управления технологического развития и превышения скорости развития возможностей человеческого восприятия. С точки зрения экспертов и прогнозистов (внешний наблюдатель) в техно- логическом плане сегодня происходит довольно медленное и долгое (как минимум до 2045 года) развитие вычислительной техники, приближение к созданию настоящего искусственного интеллекта, увеличение количества датчиков, данных, миниатюризация, рост скоростей и т.д., при кажущей- ся возможности достичь качественного успеха уже на следующем шаге при постоянно возникающих на пути технологических проблемы, решение которых и должно приблизить человечество к сингулярности. А с точки зрения компаний, разработчиков и потребителей (наблюдатель, падающий за горизонт событий черной дыры) происходит быстрая и непре- кращающаяся смена технологических платформ, товарных линеек, рынков с ускоряющимся движением. Ключевым аспектом удержания управления технологическим развитием является вопрос понимания или потери понимания сути, формы и содер- жания происходящих процессов в зоне технологической сингулярности, а истинным признаком наступления технологической сингулярности будет достижение момента, когда невозможно преодолеть возрастающие техно- логические проблемы в рамках текущей технологической парадигмы и те- кущими техническими средствами. Некоторые признаки мирового технологического развития позволяют сде- лать вывод о том, что указанный момент уже наступил, а модель техноло- гическая сингулярность NBIC конвергенция трансгуманизм используется как безальтернативная в качестве управленческой технологии в конкурент- ной борьбе в глобальном пространстве как способ ведения борьбы за бу- дущее. При этом реализация сценария NBIC конвергенции в условиях экономи- ческого кризиса преследует цель новой индустриализации (прежде всего в странах запада) на принципах полностью автоматизированного про- изводства и замены человека машиной как в производстве (работа), так и в потреблении (виртуализация). В стратегическом плане е область NBIC конвергенции уже размечена на западе в технологическом и рыночном плане, а стремительное развитие собственных технологий в России приведет лишь к встраиванию их в более развитую инфраструктуру стран запада. Технологические барьеры в зоне сингулярности Для понимания технологического выбора необходим анализ проблем, ре- шение которых предполагает создание принципиально новой технологиче- ской инфраструктуры будущего.
- 11. 11 К некоторым такимпроблемам (барьерам) относятся: • Представление информации: хранение и копирование информа- ции, скорость передачи, двоичная логика. Барьер ошибок BigData: количество ошибок критически растет при росте обрабатываемых данных. • Кризис информационной безопасности. • Кризис когно- и биосовместимости: несовместимость сенсоров, чипов, устройств, машин и проч. с человеком. Невозможность об- работки и интерпретации получаемой информации. • Отсутствие моделей работы мозга и организма помимо вычисли- тельной модели. • Проблема искусственного интеллекта. • Робототехника: Несоответствие развития вычислительных систем (алгоритмистики) и «железа» (мехатроники). • Энергетическая проблема (глобальный энергетический дефицит в рамках индустриального уклада). • Кризис экономики расширенного воспроизводства. Экономка расширенного воспроизводства и производство средств производства Экономика индустриальной фазы является экономикой расширенного вос- производства, основанной на постоянном углублении разделения труда, формой выражения которого является научно-технический прогресс. Ядром технологического уклада является производство средств производ- ства, которые связаны с вопросами «что производить» и «как производить». Индустриальная фаза работает на расширяющихся рынках конечных това- ров потребления. Соответственно, средства производства индустриальной эпохи должны производить массовые крупносерийные товары с возраста- ющей эффективностью. Глобальный экономический кризис – кризис эффективности капитала, свя- занный с ограничением рынков сбыта и исчерпанностью расширения спро- са как с точки зрения пространства, так и с точки зрения времени (кредит- ный кризис). С технологической точки зрения сегодняшний день характеризуется уско- рением смены продуктовых и упаковочных выражений научно-техническо- го прогресса, сокращением цикла смены продуктовых представлений раз- вивающихся технологий. Конвейерные производства и инновации в вертикально интегрированные корпоративные производственные структуры характеризуются длительны- ми жизненными циклами на рынках сбыта производимой ими продукции. А современные инновации связаны с внедрением новых технологий произ- водства продукции с коротким жизненным циклом. Поэтому основой технологического обеспечения инновационного проек- та становятся не материальные технологии производства, а технологии
- 12. 12 производства новых решенийи управления поведением потребителя и со- вершением выбора (когнитивные технологии). То есть управление инновационными процессами в постиндустриальном обществе на рубеже укладов есть управление на основе технологий управ- ления поведением выбора. Ключевой технологией управления текущего уклада являются когнитивные технологии – технологии управления поведе- нием и потребительским выбором. А цепочка добавленной стоимости как выражение разделения труда при производстве сменится замкнутым, локальным, самодостаточным про- изводством. Средства производства будущего, вероятно, будут удовлетво- рять этим требованиям. А ключевым критерием управления будет являться не эффективность, а своевременность. Инфраструктура будущего и рынки Технологии на новых принципах, преодолевающие технологические барьеры, являются ядром новой инфраструктуры. Рынки будущего будут возникать на новой инфраструктуре. Инфраструктура имеет се- тевой характер. Сетевая инфраструктура будущего изменит способ формирования рынков и доставки ценности до потребителя. Вместо модели цепочки добавленной стоимости, растянутой во вре- мени и пространстве, должна появиться модель получения ценности «здесь и сейчас». Технологическое ядро новой инфраструктуры должно сегодня отра- батываться на специализированных полигонах – выделенных про- странствах, где тестируются приложения новых технологий. Кроме того, могут быть использованы специализированные финан- совые инструменты (фонды) для поддержки стартапов и проектов, которые являются частью инфраструктуры будущего. Специализиро- ванные фонды необходимы по той причине, что традиционные финан- Технологические барьеры экономики и производства •Кризис глобализации в пространстве (рынки) и времени (кредитный кризис) •Кризисэффективности капитала •Кризисмассовогопроизводства •Рост нагрузки на природу и рост экологическихтребований •Освоение труднодоступных территорий, включая северные территории •Энергетический кризис Принципы производства и хозяйства будущего •Производствоединичногоизделия за цикл •Индивидуальноепроизводство •Быстрая разворачиваемость и сворачиваемость •Экологическая безопасность •Самодостаточность и локальность •Замкнутость цикла •Принципсвоевременности, а неэффективности Новые производственные технологии и экономика Смена инфраструктуры в области, занимаемой современной металлургией, в частности: • Переход к новым материалам («умные материалы», материалы с заданными свойствами, наноматериалы, нанонити,нанокерамика); • Развитиемеханохимии, как одной изверсий развития нанотехнологий. Смена инфраструктуры в области, занимаемой современным машиностроением, в частности: • Переход к так называемым «аддитивным технологиям»(3D-принтинг и т.д.); • Развитиепромышленной робототехники, то есть систем производства с искусственным интеллектом. Новые формы организации хозяйствования • Производствошаговой доступности (локальная генерация электроэнергии и тепла, локальноепроизводство, 3D-принтинг, «Интернет вещей»); • «Облачноепроизводство» (как альтернативный подход ); • Развитиевертикальныхкластеров, то есть, сложных взаимообусловленныхорганизованностей на территориях; • Изменениефинансовой системы, широкоеиспользованиеновыхфинансовыхтехнологий, такихкак «биржа технологическихукладов», «длинныеденьги».
- 13. 13 совые инструменты неимеют базовых критериев оценки технологий ядра будущей инфраструктуры. Критерии НТИ: • Создание новой технологической инфраструктуры, основанной на но- вых принципах. • Использование нового технологического принципа или подхода (ис- следовательские фронты). • Преодоление существующих технологических проблем (барьеров) • Новая инфраструктура должна стать основной к 2035 г. • Новая технологическая инфраструктура дает возможность форми- рования большого числа рынков будущего (механизм формирова- ние «полигонов нового»). • Новая технологическая инфраструктура оказывает значительное влияние на классические отрасли . • Принципиальная возможность к реализации ядра технологий явля- ющуюся основой технологической инфраструктуры к 2035 году. • Наличие ключевых участников, включая научно-технологическую и предпринимательскую часть для создании новой индустрии.
- 14. 14 Сценарный анализ развития робототехники БахтияровО., Луковникова Н., Переслегин С., Разгуляев К., Хан Д. Постановка задачи Одним из ключевых трендов, оказывающих влияние на все области ИКТ, является кризис и смена архитектур информационной безопасности. Авто- матизированные системы, робототехника, системы управления в этих усло- виях требуют новых подходов и применения перспективной элементной базы. В связи с этим значительное место в анализе перспектив робототех- ники занимают перспективная элементная база на оптических и квантовых принципах, а также альтернативные системы и архитектуры информацион- ной безопасности. В целом актуальность темы «Робототехника» обусловлена двумя основны- ми причинами: • Развитием технологического пакета «ИКТ», что создает ряд новых возможностей как для компьютерного моделирования человече- ского интеллекта, так и для разработки искусственного интеллекта; • Углубленной проработкой, прежде всего, в Японии, социальных вопросов роботизации, в частности, изучение проблемы включения человекоподобных роботов (андроидов) в человеческое общество. Для России тема роботизации дополнительно весьма значима в связи с за- дачей перехода страны к 6-му технологическому укладу, что подразумевает необходимость развития безлюдных производств. Кроме того, не потерял и не потеряет своего значения основной вопрос робототехники: искусственный интеллект, как форма рефлексии естествен- ного интеллекта, сообщество роботов, как форма рефлексии человеческих сообществ. Исследование, однако, затруднено предельной интердисциплинарностью проблемы. С одной стороны, необходимо прогнозировать возможности развития сугубо инженерных решений в области привода, источников энергии, органов чувств и т.д., в том числе, с учетом возможностей созда- ния конструкционных материалов с принципиально новыми свойствами. С другой стороны, необходимо определить возможности – и пределы – решения математических, логических, семиотических, лингвистических задач, связанных с созданием искусственного интеллекта, понимаемого как некоторая совокупность алгоритмов.
- 15. 15 Базовые тренды робототехники Главнойособенностью технологического пакета «Робототехника» являет- ся крайняя неравномерность его развития. Значительные достижения ИT привели к ускоренному развитию машинного интеллекта. Уже созданы компьютерные системы, способные проходить тест Тьюринга и выигрывать шахматный матч у белкового чемпиона мира. Следует с уверенностью ска- зать, что граничный уровень «искусственного интеллекта» уже превзойден, и машины начали восхождение к «искусственному разуму». Можно спорить, будет ли эта задача решена за пять лет или за пятьдесят, но уже понятно, что она будет решена в обозримое время. В настоящее время мировая робототехника находится между стадиями ли- нейного автомата (гомеостата) и нелинейного автомата. Содержательное изменение ситуации произойдет с появлением компьютерных систем, спо- собных к общению с человеком на естественном языке, что, по мнению специалистов в ИКТ, произойдет в течение 5 – 8 лет. В то время как ИКТ-составляющая вырвалась вперед, механическая со- ставляющая «робота» (шасси, «привод», сенсоры) отстает, и отставание со временем лишь возрастает. Хотя удалось найти ряд адекватных решений, и даже создать робота-танцовщицу, робота-футболиста и, едва ли не робо- та-гейшу, «тело» робота продолжает оставаться дорогостоящим, не вполне надежным (ну, во всяком случае, начисто отсутствуют функции регенера- ции) и уступающим по своим функциональным возможностям человеческо- му телу. Маловероятно, что ситуация изменится даже с появлением нового поколения материалов. Механизм Самодвижущийся механизм Механическая саморегулируемая система Механическая регенерирующая система Искусственный организм Искусственный организм, способный к редупликации Искусственный организм, способный эволюции Техноорганика По этой схеме робототехника находится, в основном, на стадии механиче- ских саморегулируемых систем. Противоречие между ускоренным развитием ИКТ и замедленным развити- ем робомеханики может быть решено несколькими способами, например, отказом от человекоподобности робота, отказом от организменности ро- бота, переходом от роботов к робосистемам (базовый вариант), переходом к человеко-машинным системам. Каждый из этих способов создает свои трудности и порождает свои риски. Основным образцом, на который ориентированы робототехнические разработки, до сих остаются живые организмы. Моделируются спосо- бы перемещения (перемещение на механических аналогах конечностей, ползание,имитирующее передвижение змей, полет, имитирующий полет насекомых, медузообразные перемещения и использование аналогов
- 16. 16 щупальцев осьминога), принятиярешений человеком, ориентация организ- мов в пространстве и т.д. Интеллект робототехнического устройства моде- лируется как подобие человеческого интеллекта. Мультиагентные системы отражают стайное поведение и взаимодействие животных и людей. Если мы фиксируем такое положение дел, то в дальнейшем следует ожидать продвижение разработок: а) в рамках указанного тренда (назовем это трен- дом развития); б) в направлении принципиально новых решений, не имею- щих аналогов вокружающей среде и предыдущих технических решениях. Наконец, наиболее отстает гуманитарная робототехника: изучение соци- альных, философских, теологических, лингвистических, экономических проблем, связанных с созданием искусственного интеллекта и, в перспек- тиве, искусственного организма. Между тем, эти проблемы крайне важны, по крайней мере, для решения проблемы самоидентификации человека, человеческих сообществ, Человечества. Игнорирование их, по-видимо- му, приведет к социальным потрясениям, масштаб которых будет сравним с мировыми войнами. Отдельным направлением, отчасти гуманитарным, отчасти механическим, отчасти связанным с развитием ИКТ, отчасти связанным с проблемами вза- имодействия роботов и людей, является робопсихология. В настоящее вре- мя этой теме не уделяется должного внимания. Неизбежное будущее компьютерных технологий – переход от линейных ав- томатов к нелинейным и затем – к роботам, обладающим полным синдро- мом качеств, образующих «искусственный разум». Неизбежное будущее гуманитарной робототехники состоит в том, что она появится и начнет бурно развиваться, причем ее развитие окажет замет- ное влияние не только на остальные области робототехники, но также на философию, политику, искусство. Наиболее важной, по-видимому, станет проблема роботехнической эволюции естественных языков, что окажет воздействие, как на когнитивную, так и на социальную сферу. В изменениях в языках можно выделить группу, происходящую как след- ствие постановки технических требований к конструируемым системам, например: • Сокращение семантического спектра отдельных слов. • Определение четких правил построения контекста для выбора ва- рианта из семантического спектра. • Сокращение использования и разрыв ассоциативных связей. • Образование замкнутых групп арго. • Образование на одном языковом субстрате нескольких замкнутых групп по семантическим спектрам, вследствие чего возникает не- обходимость перевода «с русского на русский». • Проблема выявления и сравнения онтологем в пределах одного ес- тественного языка. Интересным выводом является «овеществление» информации. Вероятно, что на следующем этапе мы столкнемся не только с происходящим сейчас возрастанием количества информации, в большинстве своем мусорной,
- 17. 17 но и скомплексом логистических проблем, характерных на данной стадии для транспортных потоков. Необходимость шин-переводчиков и их реаль- ное количество будут определять узкие места в переносе онтологем и иных структур из робототехнических систем, работающих со специализирован- ными арго. Важным параметром эффективности процессов будет время, затраченное на изменение структуры информации. Отсюда необходимость развития методов сравнения структур, развития теории структур в матема- тике, математической лингвистики. Другой вывод состоит в том, что даже квантовая криптография как над- ежный метод защиты передаваемой информации окажется недостаточен, но более надежен, чем обычные, поскольку методы взлома робототехниче- ских систем будут носить языковой, семантический характер, позволяя, ис- пользуя знакомый системе язык, задействовать ее иначе, чем предполагало предназначение. Можно предсказать появление такой области математики как вероятностная семантика, квантовая семантика естественного языка. Неизбежное будущее робопсихологии состоит в полном изменении наших представлений об информации, уход от шенноновского ее определения. После этого изменится наше понимание систем представления информации – в сторону единых форм такого представления для роботов и для людей. Робомеханика находится в кризисе, и поэтому неизбежное будущее для нее отсутствует, необходимо смотреть сценарные варианты. Сценирование робототехники Бизнес-сценирование рассматривает простейшую матрицу сценариев 2х2. В «норме» элементами этой матрицы являются «инерционный», «прорыв- ной», «реалистический» и «чудесный» сценарий. В условиях кризиса ве- роятность реализации инерционного и прорывного сценариев стремится к нулю, а реалистический и чудесный сценарии претворяются в симметрич- ные «правый» и «левый». В настоящее время нет никаких оснований диагностировать кризис робо- тотехники, но такой кризис может быть спровоцирован внешними по отно- шению к этой дисциплине обстоятельствами, например, войной. Инерционным сценарием является развитие робототехники, как бизнес-на- правления («Золотая клетка»). Движущей силой сценария являются интере- сы бизнеса. Роботы и роботизированные устройства навязываются потреби- телю (как сегодня айфоны). Создается товарная линейка, сегментированная
- 18. 18 по возрастам, социальнымгруппам, образованию и т.д. Выделяется но- вый «богатый класс», включающий производителей робототехнических устройств: US-Robots сменяет Apple и Microsoft. Такой сценарий с неизбежностью тормозит неизбежный переход компью- терных систем от искусственного интеллекта к искусственному разуму. Его главным достоинством, как и главным недостатком является привя- занность к современной картине человеческого общества – глобализации и мировому рынку. Отрицанием инерционного – прорывным сценарием является «Великая этическая революция». В этом сценарии робототехника развивается, пре- жде всего, как интеллектуальное направление. Роботы рассматриваются, сначала, как искусственные исследовательские среды, затем – как рефлек- тивное зеркало человека и Человечества. В этом сценарии происходят си- стемные изменения форматов жизни, мысли и деятельности, человеческих практик. Направление требует активного развития гуманитарной робото- техники и робопсихологии, может рассматриваться, как форма постинду- стриального фазового перехода. Базовой проблемой сценария является отсутствие акторов, политически и экономически значимых сил, заинтересованных в его реализации. Реалистическим является сценарий развития робототехники под жестким государственным контролем в военных целях и в целях обеспечения без- опасности («Военные боевые машины»). Этот сценарий уже реализуется через концепцию беспилотных летательных аппаратов, неизбежны и безэ- кипажные танки, роботы-пехотинцы и т.д. Движущей силой являются сило- вые ведомства. Базовой проблемой сценария является безработица среди высококвали- фицированных военных, а также создание общества тотального киберне- тического контроля. При этом нужно учесть, что точно описать и запро- граммировать требования к такому контролю не удастся. В качестве чудесного следует рассматривать сценарий «Техноной» с пре- имущественным развитием роботов-сред: исследовательской, социальной, обучающей. Понятно, что у чудесного сценария акторов быть не может, и вероятность его реализации мала, но не равна нулю. В условиях кризиса развитие робототехники ведет к двум сценариям: «пра- вому» сценарию «Шанс» и «левому» сценарию «Космос». В первом из них робототехника оказывается инвестиционной нишей, не занятой ведущими державами и дающий шанс на обретение технологического лидерства госу- дарствами с высоким интеллектуальным, но сравнительно низким техноло- гическим развитием, например, Россией. В этом сценарии робототехника рассматривается, как локомотив перехода от 4-го к 6-му технологическому укладу. В сценарии «Космос» вместо конкуренции на Земле разворачивается зна- чимая экспансия (космос, океаны), в которой широкое применение получа- ют роботы и человеко-машинные системы.
- 19. 19 Человеко-машинные системы будутразвиваться в двух очевидных направлениях – киборгизации людей и создания все более и более сложных и «встроенных» интерфейсов между человеком и роботами. По-видимому, между киборгами и интерфейсниками возникнет серьезный конфликт. Не следует, впрочем, относится к развитию робототехники трагически. Речь идет о коэволюции, причем именно благодаря рефлексивному зерка- лу роботов человек не только останется человеком, но даже станет более человеком, чем в предшествующей истории. Вполне очевидны прогнозы распределенного робот, распределенного че- ловеко-робота, роя, жидкого робота, робота-среды. Менее очевидны кон- цепции робота-языка и робота-знания (воплощенной гносеологемы).
- 20. 20 Технологическая инициатива Квантовые коммуникации ГлеймА., Разгуляев К., Хан Д., Яныкина Н. Актуальность Квантовые коммуникации как область технологического прорыва Развитие инфраструктуры квантовых коммуникационных является отве- том на необходимость поиска принципиально новых подходов к архитекту- ре криптографических и информационных систем в свете новых вызовов, связанных со структурными проблемами представления информации в гло- бальной системе управления и безопасности: • Число разработчиков уникальных форматов представления ин- формации и специальных, несовместимых друг с другом программ для ее обработки, хранения, сжатия и т.д. растет год от года. • Большое количество копий, зачастую одной и той же информации, у огромного количества пользователей. • Ограниченное время работоспособности носителей информации. • Угрозы доступности информации, связанные с воздействием ан- тропогенных, техногенных и стихийных факторов. • Применение неправильно сформированной двоичной логики при построении современного парка вычислительных машин. • Каждый «приемник» в существующей системе телекоммуникации стремится стать локальным хранилищем и обработчиком информа- ции, или, как минимум ее ретранслятором. • Применение алгоритмов сжатия с потерей информации, что явля- ется прямым следствием неумения работать с файлами большого объема. • Результат работы ЭВМ считается вероятностной величиной. Барь- ер ошибок BigData. Сегодня в России существует запрос на обновление элементной базы, при- менение фотоники и квантовых технологий в высокотехнологичных отра- слях и готовность к смене технологической инфраструктуры в ближайшие 5-7 лет. Большой задел в области квантовых технологий и фотоники в Рос- сийской Федерации позволяет ставить и решать в среднесрочной перспек- тиве задачу технологического превосходства в области систем управления между сложными объектами: • Транспортные системы (автотранспорт, морские и воздушные суда, железнодорожный транспорт).
- 21. 21 • Инфраструктура умногогорода и интернета вещей. • Робототехника. • Телекоммуникационная инфраструктура с повышенным уровнем безопасности (государственный сектор, финансовый сектор, кор- порации). • Спутниковые системы связи и управления. Квантовые протоколы обмена информацией являются средствами, раз- работанными на основе квантовой теории информации и обладают повы- шенной защищенностью от применения средств пассивного наблюдения за трафиком вычислительных сетей и частично криптоанализа. На данный момент происходит конвергенция квантовых технологий, ИКТ, биотехнологий и когнитивных технологий. В будущем такая конвергенция позволит квантовым технологиям стать инфраструктурными технология- ми для новых систем управления, передачи и обработки данных. Переход от электроники к фотонике как содержанию инфраструктурной технологии предполагает использование особых свойств света в сложных системах внутри технических объектов (например, транспорт), в биосовместимых си- стемах, интегрированных с человеком (например, при создании оптических нейронных интерфейсов). Одним из ключевых требований к таким системам управления является тре- бование глобальной информационной безопасности, так как от этого зави- сит жизнедеятельность управляемых ими систем. Последние события в области информационной безопасности ставят но- вые требования к системам коммуникаций на разных уровнях: программ- ном, физическом, социальном. Очевидно, что существующие технологии и стандарты не удовлетворяют современным требованиям и будут в скором времени заменены. К актуальным примерам кризиса современной системы информационной без- опасности и грядущей смены применяемых в ней технологий можно отнести: 1. Тесные связи телекоммуникационных, ИКТ компаний, а также ком- паний, обеспечивающих системы безопасности, с западными спец- службами. 2. Тотальные взломы и внедрения в правительственные и частные си- стемы передачи информации. 3. Обнаружение вирусов Stuxnet, Duqu, Flame и др., используемых как кибероружие. 4. Первые хакерские взломы автомобильных электронных систем; 5. Дело Э.Сноудена. 6. Проект создания внутриевропейской коммуникационной сети. 7. Проект создания защищенного государственного сегмента интер- нета в России.
- 22. 22 На социально-организационном уровнесуществуют следующие проблем- ные места: • Сбора и анализа индивидуальной информации; защиты частной ин- формации, защищенность индивида от крупных акторов (государ- ство, корпорации). • Кому принадлежит и где хранится информация и интеллектуальная собственность. • Управление информационной средой и криптографией в условиях почти полной доступности всей информации и наличия почти пол- ной информации обо всех объектах и событиях. Суть проблемы кроется в технологических факторах риска, содержащихся в самом подходе к обеспечению информационной безопасности, базовый постулат которого следующий: расшифровка криптографических ключей ве- личиной от 1024 бита и более на ЭВМ занимает время, значительно превы- шающее срок актуальности информации. Тем не менее, безопасность зашиф- рованных с использованием таких ключей систем не является абсолютной и связана напрямую с вычислительными возможностями криптоаналитика. Уже сообщается об успешном съеме данных, зашифрованных при помощи криптографического ключа стандарта RSA длиной 768 бит. От шифрования ключом длиной в 1024 бит предстоит отказаться в ближайшее время. Вычисления, основанные на законах квантовой механики или процессы манипулирования квантовой информацией могут быть гораздо (экспо- ненциально) быстрее и эффективнее, чем для классической информации. Уже продемонстрирована возможность эффективного применения кванто- вого алгоритма факторизации чисел (алгоритма Шора) при помощи кванто- воговычислителядлявзломакриптографическихсистемсоткрытымключом со скоростью, близкой к скорости шифрования, сделав такие системы бес- полезными. Еще несколько лет назад создание квантового компьютера представлялось невозможным. Однако квантовая вычислительная система канадской ком- пании D-Wave, насчитывающиая 500 кубит, является коммерческим про- дуктом, поставка которого осуществлена в NASA и Google. Таким образом, в ближайшее время использование классических крип- тографических шифров не сможет обеспечить конфиденциальности ин- формационного обмена и становятся актуальными вопросы поиска других шифровальных криптографических систем. Альтернативой классическому шифрованию являются системы квантовой криптографии. Процесс отправки, передачи и приема информации выпол- няется физическими средствами, в частности, при помощи фотонов в лини- ях волоконно-оптической связи, а подслушивание может рассматриваться как измерение физических объектов — носителей информации. Принципиально применение квантовых технологий связано с двумя сце- нариями. Инерционный сценарий связан с невозможностью сохранения темпов роста производительности современной вычислительной техники в рамках существующей электронной компонентной базы, что может обес- печить применение фотоники.
- 23. 23 Структурный сценарий подразумеваетпод собой смену архитектур ИКТ, а также технологических платформ в сложных устройствах и системах (ав- томобиль, компьютер самолет и др.), использующих вычислительные воз- можности ИКТ на новых принципах, основанных на использовании кванто- вых технологий. Инерционный сценарий подразумевает дальнейший рост производитель- ности процессоров, пропускной способности каналов связи и т.д. при со- хранении существующих архитектур и стандартов, продвигаемых крупными игроками на рынке и делающих невозможным появление принципиально иных устройств, использующих альтернативные свойства квантовых тех- нологий. В ситуации доминирования сложившейся парадигмы ИКТ основными драй- верами развития квантовых технологий является тренд big data, который приобретает характер накопления, хранения, структурирования и анализа больших объемов данных в разных областях от медицины до государствен- ной безопасности, в частности разведданных, а также разворачивающееся освоение ближнего космоса государственными системами вооружений. Кроме того, в России и в мире запускаются крупные системные и инфра- структурные проекты (в военной сфере, биомедицине и др.), требующие значительной производительности и безопасности при обработке и пе- редаче данных. Базовым путем решения данных задач является переход от электроники к оптоэлектронике и применению квантовых технологий. Для перехода к квантовым технологиям информационной безопасности как инфраструктурной технологии в целом готова как материально-техни- ческая база (новые материалы, производственные технологии, элементная база), так и инфраструктурная и экономическая (устаревание существу- ющих техплатформ и приближение к срокам их смены, скорое достиже- ние пределов развития электроники, готовность бизнеса к новым рынкам). По экспертным оценкам переход на квантовые системы безопасности бу- дет совершен в ближайшие 5-8 лет. Проблемными зонами в данном сценарии являются ряд критических тех- нологий, требующих доработки, а также необходимость интеграции новых технологий и разработок в имеющуюся инфраструктуру ИКТ (линии связи, приемо-передающие устройства и т.д.). Прорывной сценарий развития квантовых технологий предполагает экс- плуатацию уникальных свойств квантовых технологий. Проведение концеп- туальных исследований в области аналоговых моделей, использования ког- нитивного и бионического подхода при конструировании систем ИКТ могут привести к созданию альтернативной архитектуры вычислительных систем и сетей, в том числе, в пользу отказа от универсальных и централизованных устройств. Данный сценарий предполагает широкое развитие автономных замкнутых систем, развитие IoT (Интернет вещей) и трансформация в ав- тономные смарт устройства, развитие систем искусственного интеллекта. В связи с этим проект «Квантовые коммуникации как основа глобальной информационной безопасности» может стать драйвером развития мно- гих высокотехнологичных отраслей. Решение задачи создания квантовой
- 24. 24 информационной инфраструктуры являетсяпроектом национального мас- штаба, отвечающим на вызов информационной безопасности всего госу- дарства. Проект охватывает несколько отраслей промышленности: произ- водство оптических и электронных компонент, измерительных устройств, сенсоров, устройств проводной и беспроводной связи, спутниковых сис- тем, устройств защиты информации. Цели и ожидаемые результаты Целью проекта является создание к 2025 году в России информационной инфраструктуры нового поколения, основанной на принципах квантовых коммуникаций, предоставляющей продукты и сервисы, которые обеспе- чивают новое качество в области передачи, обработки и защиты данных, с суммарным объемом 3 трлн. рублей в год. Результатом реализации проекта будет являться достижения следующих эффектов: • Создание программно-аппаратных комплексов квантовой рассыл- ки криптографического ключа, функционирующих в существующих линиях оптической связи телекоммуникационного стандарта. • Создание систем квантовой рассылки криптографического клю- ча для безопасного обмена данными по беспроводным, в том чи- сле спутниковым, линиями связи, и их сопряжение с устройствами позиционирования. • Разработка и утверждение сетевых протоколов взаимодействия устройств квантовых коммуникаций. • Разработка и утверждение модели интеграции квантовых коммуни- кационных устройств в существующую инфраструктуру информа- ционных сетей. • Создание квантовой информационной инфраструктуры для предо- ставления сервисов и услуг безопасной связи на площадках ключе- вых телекоммуникационных операторов. Технологические барьеры информации •Применение двоичной логики и вычислительного принципа при построении современного парка машин •Результат работы ЭВМ считается вероятностной величиной. Барьер ошибок BigData •Кризис информационной безопасности •Число уникальных форматов и несовместимых программ растет год от года •Большое количество копий одной и той же информации у огромного количества пользователей •Ограниченное время работоспособности носителей информации •Угрозы доступности информации, связанные с антропогенными, техногенными и стихийными факторов •Каждый «приемник» стремится стать хранилищем и обработчиком информации, или, как минимум, ее ретранслятором •Применение алгоритмов сжатия с потерей информации Принципы квантовых технологий •Квантовая запутанность •Передача состояния вещества •Выделениеинформации на приемной сторонетолько той станцией, которая находится в запутанном состоянии с передающей; •Невозможность несанкционированной передачи информации троянскими программами в линиюсвязи сэффектом запутанности; •Возможность реализации передачи информации сигналами, содержащими толькоединицыили только нули; •При объединении суказанным вышеметодом сжатия информации возможна реализация телекоммуникационныхсистем с минимальным объемом передаваемой информациии надежным восстановлением или заменой любых элементов системы Квантовыетехнологии Квантовые коммуникации Квантоваякриптография;Квантоваятелепортация;Сверхплотное кодирование;Квантовыйимпринтинг Квантовые вычисления Квантоваяпамять;Оптические твердотельные технологии;Работа сбазами данных Квантовое сверхразрешение Распознавание образов
- 25. 25 • Создание технологийпроизводства элементов квантовых вычисли- тельных устройств. • Развертывание индустрии высокоточных и высокопроизводитель- ных оптических и электронных компонентов, используемых при со- здании квантовых коммуникационных устройств и сетей. • Переподготовка гражданских и военных специалистов в области информационной безопасности и компьютерных сетей. Инфраструктура квантовых коммуникаций Основные задачи Создание в национальном масштабе инфраструктуры коммуникаций и ин- формационной безопасности, основанной на новых квантовых методах, требует решения следующих задач: 1. Выполнение научно-исследовательской и опытно-конструкторской программы в части: • разработки систем квантовой криптографии для волокон- но-оптических линий связи и открытого пространства; • организации многоузловых квантовых коммуникационных сетей; • разработки внутренних сетевых протоколов для квантовых коммуникаций; • разработка протоколов взаимодействия систем квантовых коммуникаций с существующей сетевой инфраструктурой; • разработки методов квантового кодирования и обработки информации квантовыми методами; • разработки новых методов манипуляции квантовыми носи- телями информации и устройств на их основе (в частности, источников и приёмников однофотонного излучения). 2. Стандартизация и сертификация квантовых коммуникационных си- стем. 3. Ввод в эксплуатацию новых промышленных мощностей для про- изводства прецизионных оптических и электронных компонентов и сборки устройств квантовых коммуникаций. Инфраструктура квантовых коммуникаций Новые рынки Рынок устройствнаквантовых принципах Оператор квантовойсвязи Сервисы Области применения Робототехника Транспорт Связь Информационнаябезопасность Интернет вещей
- 26. 26 4. Трансляция результатовнаучных исследований путём интеграции квантовых коммуникаций в существующую инфраструктуру инфор- мационных сетей и компьютерных систем. 5. Научно-прикладное сопровождение новых производственных мощ- ностей и конечных пользователей. 6. Подготовка кадров высшей квалификации для объектов новой ин- дустрии: лабораторий, производства, сервисных предприятий. 7. Переподготовка специалистов по дополнительной специальности «Квантовая информатика и коммуникации». 8. Финансовое обеспечение реализации программы. Ключевые участники и их роли Создание новой индустрии потребует вовлечение следующих групп участ- ников: • Координация проекта: Университет ИТМО. • Исследователи и разработчики: Университет ИТМО, НИЦ «Курча- товский институт», СПбГУ, МГУ им. Ломоносова, Институт инфор- матики АН РТ, КазНЦ РАН, МГПУ). Их задача – разработка и сопро- вождение устройств квантовых коммуникаций. • Производство: (ООО «Квантовые Коммуникации», ЗАО «Би Питрон», ОАО «Ленполиграфмаш») – промышленное производство оптиче- ских и электронных компонент, сборка квантовых коммуникацион- ных систем. • Интеграторы ( ООО «Квантовые Коммуникации», ООО «Дигитон») – трансляция результатов разработок конечному потребителю. • Телекоммуникационные операторы (ОАО «Ростелеком», ОАО «МТС», корпорация «General satellite») – апробация сервисов, интеграция квантовых коммуникаций в существующую инфраструктуру инфор- мационных сетей. • Разработчики спутниковых систем связи (ОАО Информационные спутниковые системы имени академика М.Ф. Решетнёва). • Высшие учебные заведения (Университет ИТМО, СПБГЭТУ, СПбПУ, МГУ им. Ломоносова, СПбГУ, КФГУ и т.д.) – подготовка научно-тех- нических кадров высшей квалификаций. • Разработчики программного и аппаратного обеспечения и элемент- ной базы (Ассоциация производителей программного обеспече- ние НП «РУССОФТ», ЗАО «МЦСТ», ОАО «ИНЭУМ им. И.С. Брука», ЗАО «Эльбрус-2000»). • Спецслужбы и военные организации (Служба специальной связи и информации Федеральной службы охраны Российской Федера- ции, Федеральная служба безопасности РФ). • Технологические брокеры и институты развития (РВК, Ernst & Young, Сколково)
- 27. 27 Рыночные перспективы В 2013году объем мирового рынка программных средств безопасности вырос до 19,9 млрд долл., что на 4,9% больше, чем в 2012 году. В 2013 году угрозы безопасности демократизировались. Вредоносные программы и инфраструктура для их применения теперь легко доступны. Осознание недостатков традиционных подходов к обеспечению безопас- ности привело к повышению роли бизнеса в принятии решений о закупке средств безопасности, что оказывает как положительное, так и отрица- тельное влияние на доходы производителей, отмечают аналитики. По оценкам Markets and Markets, объем мирового рынка кибербезопасности в 2011 году составил $63,7 млрд. По оценке ASDReports, в 2014 году этот показатель достиг $77,7 млрд. Процент роста составляет в среднем 11,8%. Ключевыми игроками сектора кибербезопасности стали Cisco Systems, Check Point Software Technologies, «Лаборатория Касперского», Fortinet, IBM, CA Technologies, McAfee и Symantec. Рост киберпреступности стимулирует рост рынка решений по обеспечению кибербезопасности. Например, создание вируса Stuxnet или кибератака на Saudi Aramco, которая лишила рабочих мест 30 тыс. человек, стали при- чиной роста актуальности вопроса национальной безопасности. Кибер- преступность становится популярным средством сбора разведывательной информации и создания политической активности, следовательно, коли- чество атак продолжит расти. По прогнозу MarketsandMarkets, в период с 2012 по 2017 гг. мировой рынок кибербезопасности будет расти в сред- нем на 11,3% и к концу рассматриваемого периода достигнет $120,1 млрд. На отечественном рынке средств сетевой безопасности существует много флагманских разработок. В отличие от других рынков приложений, сегмент сетевой безопасности в России не контролируется полностью западными вендорами. Российские разработки успешно выдерживают конкуренцию западным решениям по части функциональности и стоимости внедрения. Прогнозируемый высокий рост рынка сетевой безопасности и наличие на отечественном рынке большого количества специализированных реше- ний указывает на большой потенциал для экспорта.
- 28. 28 Наибольшие объемы поставоксредств защиты информации приходятся на силовые ведомства РФ, а также ведущие министерства, такие как ФНС, ФТС, банковская сфера, и ряд других. Главным сегментом в настоящее вре- мя является формирование ведомственных облачных структур. Рынок средств защиты информации традиционно считается по двум осно- ваниям: • исходя из общей стоимости поставленных продуктов и услуг; • исходя из показателей количества внедренных средств защиты; По данным компании Infotecs в 2014 году ожидается поставка более 5500 тысяч продуктов VipNet (характерный для средств сетевой защиты про- дукт), на 18% больше по сравнению с 2013 годом [9]. На рубеже 2015-2017 годов среднегодовые темпы роста рынка составят около 13% в год. Наибольший рост (27%) приходится на азиатские страны и, особенно, на США, занимающие лидирующее положение на данном рынке (70,6% от глобального рынка по состоянию на 2012 год. Темпы роста рынка в США и странах других странах Северной и Южной Америки составят 11%, темпы роста рынка в Европе составят 8%. В конце 2017 года ожидается создание более 1 млн. новых защищенных телекоммуникационных линий во всем мире. Стремительные темпы роста рынка ожидаются в Китае. В 2014 году ко- личество индивидуальных и коллективных средств защиты, установленных на предприятиях Китая, составит более 350 тысяч. На рубеже 2015-2017 годов темпы роста китайского рынка составят не менее 25%. Доля китай- ского рынка собственных средств защиты информации в целом невелика и составляет в общем объеме продаж составляет не более 2%, импортные поставки в Китай средств защиты достигают 79%. К 2020 году общий объем рынка ожидается между 70 и 100 млрд долларов США. Ключевые характеристики и области применения защищенных ин- формационно-телекоммуникационных систем различных стран к 2020 году будут существенно пересекаться, стирая различия между требованиями к защите информации и применяемым технологиям, большой вклад будут вносить квантовые технологии. 70% общего количества продаж услуг в области защиты информации в 2013 году приходится на США, Россию, Китай, Корею и Германию. Ключевые игроки-компании (по состоянию на 2011 год более 90% рынка средств защиты информации новых типов): • IBM; • Cisco; • Nokia; • Motorolla; • Samsung; • Фактор-ТС (Россия)
- 29. 29 • Университет ИТМО(Россия) • Санкт-Петербургский государственный электротехнический уни- верситет (Россия) • Квантовые коммуникации Инновационный потенциал Разработки в области квантовых коммуникаций ведутся по нескольким основным направлениям, каждое из которых обеспечивает создание уни- кальных продуктов и услуг, демонстрирующих новое качество и имеющих широкий спектр применений в различных отраслях. Основные направления развития продуктов данного рынка связаны с со- зданием: • квантовых линий связи; • квантовой криптографии; • облачных инфраструктур для информационного обмена; • квантовых вычислительных систем; Главные усилия ведущих производителей и потребителей средств защиты информации связаны с развитием концепции единого информационно- го пространства планеты в целом и защищенных от типовых воздействий средств создания информационно-телекоммуникационных систем. Предполагается массовое внедрение в РФ начиная с 2016 г. В США в насто- ящее время эксплуатируются коммерческие протоколы BB84, B92, прото- кол Экерта и ряд протоколов военного назначения. Разработка планов запуска спутников квантовой связи уже началась в Ка- наде, Японии и Европейском Союзе. Спутники cмогут безопасно переда- вать цифровые ключи с помощью элементарных частиц благодаря «кванто- вой запутанности», что позволяет двум связанным частицами влиять друг на друга даже если они находятся на разных концах галактики. Канадское космическое агентство работает над своими планами кванто- вого шифрования и создания научного спутника, в то время как Европей- ский Союз совместно с китайской Академией Наук тестируют квантовое распределение межконтинентального ключа. Европейский союз также про- должает работать над использованием космической станции для передачи квантового ключа между наземными станциями, отстоящими друг от друга на 870 миль (1400 км). 1. Системы квантовой рассылки криптографического ключа вопло- щают новый подход к организации информационной безопасности, альтернативный математическому шифрованию. Их эффективность определяется фундаментальными законами физики и не зависит от вычислительных возможностей криптоаналитика. Преимуще- ство перед мировыми аналогами достигается за счёт применения разработанного в России метода формирования квантового канала на боковых частотах (SCW QKD), реализующего в себе лучшие ка- чества других схем (сравнение приведено в таблице).
- 30. 30 1. Технологии квантовыхинфокоммуникаций позволят объединить участников информационного процесса в единую сетевую инфра- структуру, обеспечивающую защищённый обмен данными с помо- щью новых физических принципов. Преимущества технологий про- екта будут обеспечены за счёт трёх факторов: a. Создание наземных систем на основе SCW QKD, таким образом, всем пользователям сети будут доступны их пре- имущества: • Высокая скорость и дальность рассылки ключей. • Стабильность работы и простота настройки. • Устойчивость к внешним воздействиям и искажению сигнала в линии связи. • На порядок более эффективное использование про- пускной способности канала. b. Использование при построении сетей не только наземных, но также воздушных и спутниковых систем. Такая цельная инфраструктура на сегодняшний день в мире не создана. c. Интегрирование квантовых коммуникационных устройств и сетей в существующую информационную инфраструкту- ру. Работы в этом направлении находятся в мире на этапе прикладных исследований. 2. Квантовые вычислительные элементы позволят достичь нового ка- чества в области вычислительной техники, значительно повысив эффективность решения сложных математических задач в таких областях как криптоанализ, топология информационных сетей, ас- трономия и других. Развитие алгоритмов и совершенствование тех- нологий их создания будет проходить параллельно другим работам для решения конкретных практических задач. Важно отметить, что развитие всех технологий квантовых коммуникаций производит синергетический эффект. Так, квантовые генераторы случай- ных чисел используются при генерации ключей в системах квантовой крип- тографии, а создание квантовых вычислительных устройств позволит ре- шать задачу динамической маршрутизации в квантовых сетях.
- 31. 31 В результате выполненияпроекта в России будет развернута квантовая ин- формационная инфраструктура, функционирующая в телекоммуникацион- ных сетях, которая будет обеспечивать передачу информации новыми мето- дами. Сеть объединит группы потребителей из разных секторов экономики: 1. В государственных и правительственных структурах сети могут ис- пользоваться для организации обмена секретными документами как внутри одного учреждениях, так и между несколькими. 2. В оборонной промышленности квантовая криптография может применяться для координации работы закрытых научно-исследо- вательских институтов и концернов. 3. Банковские и финансовые учреждения могут использовать систему для генерации и распределения закрытых частей криптографиче- ских ключей для использования как внутри организации, так и кли- ентами. 4. На промышленных предприятиях важность представляет органи- зация многоканальной внутренней сети, обеспечивающей большое число пользователей. Обеспечение стабильности работы системы является принципиальным для всех потребителей. 5. Частные компании и физические лица смогут подключаться к ин- фраструктуре для передачи конфиденциальных данных. 6. Все вышеперечисленные сегменты рынка обслуживаются телеком- муникационными компаниями, интеграторами и вендорами, кото- рые являются комплексными поставщиками оборудования и услуг по передаче информации. Квантовых генераторы случайных чисел и квантовые вычислительные эле- менты станут применяться как в инфраструктуре квантовых коммуникаций, так и в других областях, требующих эффективной обработки больших объ- ёмов данных (транспорт, космос, информационных технологии и т.д.). Научно-исследовательский и технологический задел Рынок устройств для безопасной передачи данных в настоящий момент формируют криптомаршрутизаторы, использующие классическое алгорит- мическое шифрование, однако, как уже было сказано выше, защищенность подобных устройств основана на вычислительной сложности расшифров- ки. При растущих мощностях современных вычислительных устройств и при создании квантовых компьютеров уровень защищенности классиче- ских криптомаршрутизаторов от взлома падет, а значит, подобный класс систем не способен в будущем обеспечить гарантии информационной безопасности. В последнее время в качестве альтернативы классическим шифровальным системам активно разрабатываются и тестируются системы квантовой криптографии, которые обладают безусловной безопасностью при пере- дачи ключей. Проводятся ОКР, появляются первые коммерческие образцы, проводятся попытки создания квантовых сетей в России и за рубежом. На мировом рынке коммерческие системы квантовой рассылки клю- ча производятся компаниями MagiQ, США (http://www.magiqtech.com),
- 32. 32 idQuantique, Швейцария (http://www.idquantique.com),SequreNet Франция (http://sequrenet.com). Эти фирмы позиционируют свой продукт как пред- назначенный исключительно для научных исследований (R&D) в области квантовой информатики. В устройствах используется специальное опти- ческое волокно, при этом дальность передачи составляет не более 50 км, скорость генерации не более 10 кбит/с. Разрабатываемая МИП при Университете ИТМО – компанией «Квантовые коммуникации» система квантовой криптографии обладает рядом преи- муществ по сравнению с доступными аналогами. По сравнению с устрой- ствами, представленными на рынке, система является многоканальной и позволяет производить рассылку ключа на дальние расстояния (250 км против 50 км), обладая на два порядка большей скоростью. По сравнению с разрабатываемыми системами в системе отсутствуют интерфероме- трические схемы, что повышает её стабильность и устойчивость к внеш- ним воздействиям (сравнение с аналогами в таблице ниже). От аналогов её отличают оригинальные запатентованные решения (патент РФ №2454810 от 24.10.2010): метод генерации однофотонных состояний, метод компенса- ции искажений квантового сигнала в оптическом волокне, метод оптической синхронизации станций отправителя и получателя. Лабораторный прототип системы создан в рамках опытно-конструкторской работы в рамках про- екта «Разработка технологии изготовления модифицированной кристал- лической наноструктуры сверхпроводников и создание многоэлементных однофотонных детекторов на их основе для нового поколения квантово- криптографических систем связи» в соответствии с государственным кон- трактом № 16.523.11.3017 от 12 мая 2012 г. в рамках Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы» (Головной исполнитель – ЗАО «Сконтел»). Экспериментальный образец си- стемы квантовой криптографии был неоднократно представлен на всерос- сийских и международных выставках: «Фотоника. Мир лазеров и оптики», «OpticsExpo», «Российский промышленник», «Образовательная среда», является лауреатом конкурса образовательных проектов специализиро- ванной выставки «Global Education – Образование без границ», отмечен ди- пломами и медалью. Таблица сравнения с наиболее близкими аналогами по характерным клю- чевым параметрам:
- 33. 33 Достичь параметров, превышающихзарубежные аналоги, удалось благо- даря использованию технологии квантовой криптографии на боковых ча- стотах, изобретенной при участии профессора Университета ИТМО Ю.Т. Мазуренко. Подобные системы обладают потенциалом к мультиплекси- рованию квантовых каналов (до 10), что позволяет увеличивать скорость генерации ключей, а также использования систем квантовой криптографии в уже существующих оптических линиях связи. Другим фактором, оказыва- ющим важный вклад в преимущество данной разработки, является исполь- зование на приёмной стороне детекторов одиночных фотонов российской фирмы «Сверхпроводниковые нанотехнологии», обладающими лучшими параметрами по сравнению с зарубежными аналогами (Квантовая эффек- тивность, уровень темнового счета). В системе квантовой криптографии, разрабатываемой в Университете ИТМО, в качестве источника случайных последовательностей, формиру- ющих абсолютно стойкий криптографический ключ, используется соб- ственная разработка, также обладающая параметрами на порядок пре- вышающими зарубежные аналоги (например, генератор случайных чисел Quantis от idQuantique): скорость генерации случайных бит может достигать 200 мбит/с, а сам генератор может быть использован в том числе как от- дельное устройство. Уже на сегодняшний день, на заключительном этапе разработки, интерес, к использованию, закреплённый в форме писем поддержки, проявили го- сударственные структуры (Федеральная служба охраны, Северо-Западное таможенное управление), коммерческие организации (ООО «Би Питрон», ОАО “Ленполиграфмаш”), ряд университетов (КазНЦ РАН, КФУ, МПГУ, СП- бГУГА) и другие. Со стороны федеральной службы охраны сформирована рабочая группа для разработки технических требований к прибору для его внедрения в государственный сектор. Проводятся переговоры для про- ведения тестовых испытаний системы на площадках Северо-Западного таможенного управления и ОАО “Камаз”. Проведены консультации с ин- теграторами и поставщиками систем безопасности: представителями ком- панни “Аптайм-Технолоджи” и «Дигитон-Системс» в ходе которых выявлена потребность в продукте широкого спектра потенциальных клиентов, про- работана стратегия выхода на рынок, выработаны принципы дальнейшего взаимодействия Необходимо отметить, что на сегодняшний день Россия имеет все шансы создать собственную независимую систему квантовых коммуникаций. Од- нако в связи с недостаточно развитой инфраструктурой и информационной асимметрией в России отечественные разработки оказываются в догоняю- щем положении по отношению к зарубежным. Так, например, российский фонд Qwave профинансировал швейцарскую компанию idQuantique. Ограничения и сложности реализации • Основным барьером для входа российских производителей на ми- ровой рынок является сформировавшаяся структура игроков этого рынка, его олигополистическая структура. Специфические рыноч- ные ниши также заняты отдельными иностранными игроками.
- 34. 34 • Другими барьерамиявляются относительно невысокий уровень компетенций отечественных производителей в области маркетинга и коммуникации, низкая степень концентрации производства, от- сутствие единого крупного вертикально-интегрированного нацио- нального игрока, пользующегося активной господдержкой, негиб- кость научно-технологической базы и ее неготовность к быстрому наращиванию объемов разработки новых технологий и продуктов. • Окном возможностей для сокращения экспорта и увеличения объе- мов отечественного производства может стать падение курса рубля и государственные меры поддержки импортозамещения и ограни- чения присутствия зарубежных компаний на российском рынке. • Ограниченность государственных стандартов и законодательства в области использования квантовых коммуникаций Инструменты поддержки Финансовое обеспечение реализации программы создания инфраструкту- ры коммуникаций и информационной безопасности, основанной на новых квантовых методах, предлагается разделить на этапы в зависимости реша- емых задач: • Выполнение научно-исследовательской части программы должно осуществляться за счёт средств федеральной целевой программы по данной тематике с участием профильных министерств, научно- исследовательских учреждений и потенциальных индустриальных партнёров. • Этап ОКР по доводке технологий программы до прикладно- го состояния промышленных образцов может финансироваться за счёт индустриальных партнёров НИР, а также венчурных фондов ОАО «РВК» и Фонда «Сколково». • Стандартизация и сертификация квантовых коммуникационных систем, а также ввод в эксплуатацию новых промышленных мощ- ностей для производства прецизионных оптических и электронных компонентов и сборки устройств квантовых коммуникаций может осуществляться при непосредственном финансовом участии про- фильных фондов поздних стадий, например, таких как: ОАО «Рос- сийский инвестиционный фонд информационно-коммуникацион- ных технологий» и ОАО «Фонд развития промышленности». • Внедрение результатов предыдущих этапов путём интеграции кван- товых коммуникаций в существующую инфраструктуру информаци- онных сетей и компьютерных систем должно происходить в форме коммерческого заказа от лидеров отрасли ИКТ РФ ОАО «Ростеле- ком», ОАО «МТС», корпорация «General satellite», а также зарубеж- ных заказчиков. • Научно-прикладное сопровождение новых производственных мощ- ностей и конечных пользователей должны осуществлять сервисные компании в рамках договорных отношений.
- 35. 35 • Подготовка кадроввысшей квалификации для объектов новой индустрии и переподготовка специалистов по дополнительной специальности «Квантовая информатика и коммуникации» долж- на осуществляться в рамках текущей деятельности ВУЗов и НИИ и финансироваться из целевых программ Минобрнауки РФ. Укрупненный план реализации Проект предполагается реализовать с временным горизонтом в 10 лет. Задачи проекта, указанные выше, можно условно разделить на следующие взаимосвязанные группы: выполнение НИОКР, стандартизация и сертифи- Этап 1. (2015-2016) • Согласование исследований и разработок в области квантовой ин- форматики в рамках единой дорожной карты. • Запуск новых и продолжение начатых НИР и ОКР в рамках государ- ственных контрактов. • Выбор выпускающих кафедр в ВУЗах, где будет проводиться об- учение и переподготовка специалистов. • Выбор индустриальных партнёров и интеграторов, которые будут обеспечивать производство и внедрение технологий. • Сбор технических заданий и предложений от потенциальных ком- мерческих и государственных заказчиков, формирование на их ос- нове портретов продуктов. • Утверждение списка критического оборудования и компонентов, производство и/или сертификация которого в России является необ- ходимой для производства оборудования квантовых коммуникаций. • Утверждение программы подготовки переводных учебников и из- даний научно-популярной литературы в области квантовой инфор- матики.
- 36. 36 Этап 2. (2017-2018) • Завершение основного объема НИОКР по разработке систем кван- товых коммуникаций и разработке сетевых протоколов. • Продолжение НИОКР по разработке и совершенствованию техноло- гий производства элементов квантовых вычислительных устройств. • Разработка стандартов и методик испытаний устройств квантовой информатики. • Доработка ГОСТ по информационной безопасности с учётом спе- цифики новых методов защиты информации с привлечением меж- ведомственной комиссии. • Сертификация устройств квантовых коммуникаций. • Строительство инфраструктуры для производства компонентов и сборки систем квантовых коммуникаций. • Сборочное мелкосерийное производство устройств квантовой криптографии и квантовых генераторов случайных чисел. • Проведение испытаний пилотных образцов в части интегрирования квантовых коммуникаций в информационные сети. • Разработка и запуск учебных программ для магистров и специали- стов «Квантовая информатика и коммуникации». Этап 3. (2019-2021) • Введение в эксплуатацию высокотехнологичных производств ком- понентов и сборки систем квантовых коммуникаций. • Модернизация инфраструктуры для производства элементов кван- товых вычислительных устройств. • Старт программы по массовой поставке систем квантовых комму- никаций государственным заказчикам. • Старт программы продаж средств систем квантовой криптографии, сетевых решений в области квантовых коммуникаций, и квантовых генераторов случайных чисел. Этап 4. (2022-2025) • Массовое внедрение и переход на новый стандарт связи, основан- ный на квантовых коммуникациях.
- 37. Университет ИТМО Ведущий университетРоссии в области ИКТ и фотоники. Основные науч- ные направления Университета: компьютерные и информационные тех- нологии, системы управления, прецизионная техника и технологии, оп- тические технологии, электротехника и электроника, фундаментальные и прикладные исследования в области математики и физики. Основные фундаментальные исследования ведутся в областях: квантовая электро- ника и нелинейная оптика, оптика биотканей, физическая оптика и спек- троскопия, лазерные и оптические технологии, энергомониторинг, нецен- трированная оптика, компьютерные технологии, управление сложными системами, теория нелинейных систем, компьютерные сети, суперкомпью- тинг, высокопроизводительные вычисления, компьютерное моделирование сложных систем и других. На данный момент команда Университета ИТМО является единственным в мире пятикратным обладателем чемпионского титула студенческого командного чемпионата мира по программированию (ACM International Collegiate Programming Contest). Центр научно-технологического форсайта Университета ИТМО Задача Центра способствовать получению разделенной участниками кар- тины будущего, спроса на новые технологии и видения новых областей их применения. Центр фокусирует свою деятельность на оценке потенциала НИР и ОКР, отслеживая и формируя технологический ландшафт. При этом деятельность центра направлена на воплощение полученного видения бу- дущего через осуществление полного цикла обслуживания новых техно- логических разработок, включая понимание пула будущих исследований, оценку целесообразности создания прототипа, возможности создания се- рийного производства и реализации рыночного продукта, а также апроба- цию новых решений, разработку отдельных научных направлений и про- ектов, где будущий технологический спрос воплощается в формировании новых технологических цепочек. Адрес: Россия, 197101, г. Санкт-Петербург, Кронверкский проспект, д.49 http://ifmo.ru/ Адрес: Россия, 199034, Санкт-Петербург, Биржевая линия В.О., 14, офис 332 тел.: 452 18 07 http://prognoz.ifmo.ru/
- 38. Университет ИТМО, Центрнаучно-технологического форсайта, Санкт-Петербург, 2015 г. Составители: Хан Д.В., Разгуляев К.А., Луковникова Н.М. Дизайн, верстка: Студия дизайна «Freedom Media», http://freedom-media.ru/