Российские ученые проверили 78 тысяч криптографических уязвимостей и выяснили, что хакеры уже сейчас атакуют именно те из них, которые станут критически опасными в квантовую эпоху. Чтобы помочь защитникам, они создали QRI — квантовый индекс риска, который показывает, какие «дыры» в безопасности нужно закрывать в первую очередь.

Квантовые технологии входят в тройку приоритетных сквозных информационных технологий для технологического развития России до 2030 года. Поэтому обеспечение квантовой устойчивости ключевых экосистем и платформ национальной цифровой экономики — задача, которая стоит уже сейчас, а не в отдаленном будущем.

Представьте: злоумышленник похищает зашифрованный архив и хранит его у себя, зная, что через десять лет квантовый компьютер взломает шифр и все «секреты», например, медицинские карты, чертежи, дипломатическая переписка и прочее, окажутся у него в руках. Эта стратегия называется «собери сейчас, расшифруй потом» (Harvest Now, Decrypt Later, HNDL). Для некоторых данных срок секретности важнее, чем время, за которое создадут квантовый компьютер: если уязвимость позволяет украсть одноразовый пароль банка, риск невелик, но если это медицинские карты или дипломатическая переписка, которые должны оставаться конфиденциальными десятилетиями, закрывать дыру нужно уже сегодня.

Классические системы оценки уязвимостей, такие как CVSS, показывают, насколько опасна дыра в безопасности прямо сейчас. EPSS предсказывает, какова вероятность, что хакеры используют ее в ближайшие 30 дней. Но ни та, ни другая не учитывают квантовые риски, которые могут проявиться через десятки лет. А ведь по всему миру хранятся миллиарды записей — медицинских, финансовых, государственных, — которые должны оставаться секретными гораздо дольше этого срока.

В связи с этим исследователи из ЮФУ совместно с коллегами из Университета «Сириус» предложили Квантовый индекс риска (QRI) — специальную новую формулу для расчета уязвимости. Чем выше числовой индекс расчета, тем опаснее дыра в безопасности с учетом будущих квантовых угроз.

Новая формула учитывает три пункта. Первый — насколько уязвимость опасна прямо сейчас, как ее оценивает классическая система CVSS. Второй — ее уязвимость к квантовым алгоритмам Шора и Гровера (Quantum Factor), то есть насколько шифр уязвим к будущему квантовому компьютеру. Третья — насколько эта уязвимость привлекательна для стратегии «собери сейчас, расшифруй потом» (HNDL Score), а именно можно ли перехватить данные и хранить их «до лучших времен». Исследователи отмечают, что чем дольше данные должны оставаться секретными, чем легче их перехватить и чем ценнее они для злоумышленника, тем выше показатель индекса QRI.

Сравнение средних значений оценок KEV и Non-KEV для базовой модели CVSS и QRI v2. Показаны средние значения оценок для уязвимостей, включенных (KEV) и не включенных (Non-KEV) в каталог известных эксплуатируемых уязвимостей. Преимущество QRI по сравнению с базовой CVSS составляет 27,2% для показателя QRI и 21,5% для CVSS / © Личный архив Евгении Ищуковой

«Самый простой способ понять разницу между стандартным CVSS и нашим QRI — посмотреть на следующий пример. Представим, что у нас есть две уязвимости с одинаковым высшим баллом CVSS (допустим, 9.0 из 10). Уязвимость А находится в системе онлайн-видеотрансляции. Хакер может перехватить видеопоток. Сегодня это опасно, но через 10 лет запись этого звонка никому не будет нужна. Будущий риск по QRI — низкий. Уязвимость Б: находится в программе резервного копирования медицинских карт крупной госпитальной сети. Хакер точно так же может перехватить архив, где могут храниться, например, медицинские карты и ДНК-паспорта. Но данный случай — совсем другое дело, ведь данные о здоровье остаются конфиденциальными и через 15 лет, и их нельзя «поменять», как пароль. QRI у второй уязвимости будет существенно выше.

CVSS видит их одинаковыми, а QRI сразу говорит: сначала закрывайте Уязвимость Б, потому что ее последствия уходят на десятилетия вперед», отметила кандидат технических наук, доцент кафедры безопасности информационных технологий им. О.Б. Макаревича и Центра передовой ИТ-подготовки ПРО-уровня ИКТИБ ЮФУ Евгения Ищукова.

Кандидат технических наук, доцент кафедры безопасно информационных технологий им. О.Б. Макаревича и Центра передовой ИТ-подготовки ПРО-уровня ИКТИБ ЮФУ Евгения Ищукова / © Личный архив Института компьютерных технологий и информационной безопасности ЮФУ

Ученые проверили формулу на большой базе почти из 80 тысяч криптографических уязвимостей (CVE) из Национальной базы уязвимостей NIST за 2016–2026 годы. Затем результаты сопоставили со списком CISA KEV — каталогом уязвимостей, которые уже подтвержденно эксплуатируются хакерами в реальных атаках. Оказалось, что уязвимости из этого списка имеют в среднем на 26,6% более высокий QRI, чем остальные. Проще говоря, злоумышленники уже сейчас атакуют именно те места, которые станут главными целями в квантовую эпоху. Более того, 437 уязвимостей из списка KEV имеют средний QRI 13,05 против 10,31 у остальных — и вероятность случайного совпадения такой разницы практически исключена. А уязвимости, чувствительные к алгоритму Шора, встречаются в списке KEV в 1,52 раза чаще, чем в среднем по базе. Впервые такую квантово-скорректированную оценку применили к государственной базе реально эксплуатируемых уязвимостей в масштабе CVE.

«Главная проблема классического подхода к кибербезопасности — его реактивность: мы закрываем уязвимости, которые атакуют прямо сейчас. Но в эпоху подготовки к «Дню Q» (Q-Day) правила игры меняются. Протокол HNDL («собирай сейчас, расшифруй потом») означает, что критически важные государственные и коммерческие данные утекают уже сегодня. Разработанный нами Квантовый индекс риска (QRI) — это не просто теоретическая абстракция. Мы эмпирически доказали на массиве данных за 10 лет, что злоумышленники уже сейчас целенаправленно эксплуатируют уязвимости, которые станут ключевыми целями для квантовых компьютеров в будущем. Наш индекс дает организациям математически обоснованный инструмент, чтобы начать превентивную защиту стратегических данных уже сегодня, не дожидаясь появления мощных квантовых вычислителей», — говорит один из авторов исследования, профессор Университета «Сириус» Сергей Петренко.

Во время исследования участники проекта выявили и тревожную тенденцию: количество криптографических уязвимостей растет в среднем на 11% в год. За девять лет их число выросло в 5,6 раза — с 2593 в 2016 году до 14 523 в 2025-м. А уязвимостей, чувствительных к алгоритму Шора, стало больше на 8,8% в год. Это значит, что поверхность для квантовых атак расширяется быстрее, чем идет переход на постквантовую криптографию.

По словам исследователей, особого внимания сегодня требуют те данные, которые не теряют своей ценности с годами. Это государственный и оборонно-промышленный сектор, здравоохранение и фармакология, а также финансовый сектор и блокчейн. Именно там хранятся данные с максимальным сроком секретности: медицинские карты и ДНК-паспорта, технологические секреты и чертежи долгосрочных разработок, дипломатическая переписка и координаты стратегических объектов. Если эти архивы будут расшифрованы через десять лет, ущерб может быть колоссальным.

Что делать уже сейчас? Ученые советуют перестроить приоритизацию уязвимостей — закрывать дыры не только по классическому CVSS, но и с учетом квантового риска. Определить, какие данные в компании должны оставаться секретными дольше пяти лет, и изолировать их. И начать постепенную миграцию на постквантовые стандарты шифрования (FIPS 203, 204), которые устойчивы к алгоритмам Шора и Гровера.

«Мы предлагаем объединить QRI с популярным индексом EPSS (который предсказывает вероятность атаки в ближайшие 30 дней). Получится идеальный «навигатор» для сисадминов: система будет выдавать четкий список. Вот эти пять уязвимостей хакеры, скорее всего, используют завтра, чтобы украсть данные, которые они расшифруют через 10 лет. Закройте их в первую очередь», — добавили ученые.

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект № 25-11-20037 «Технология самовосстановления киберфизических систем национальной критической информационной инфраструктуры в условиях беспрецедентного роста угроз безопасности на основе искусственного интеллекта»). Результаты исследования также вошли в соответствующие отчеты НИР, в том числе по проекту 2.3 «Технологии противодействия ранее неизвестным квантовым киберугрозам» и легли в основу серии публикаций — двух монографий на русском языке, трех на английском и более 40 статей в ведущих научных журналах. Накопленный задел позволяет авторам говорить о возможности создания передовой отечественной научной школы «Квантовое программирование и безопасные квантовые вычисления», которая объединит другие научные школы, производителей средств защиты информации, системных интеграторов и регуляторов для формирования национальной квантово-устойчивой PQC-экосистемы и преодоления новой квантовой угрозы безопасности информации.

В исследовании участвовали ученые ЮФУ (Евгения Ищукова, Фаезех Садат Саджади, Алексей Некрасов) и Университета «Сириус» (Сергей Петренко, Алексей Петренко). Авторы рассматривают свою работу как часть более широкого задела — создания научной школы «Квантовое программирование и безопасные квантовые вычисления», которая объединит исследователей, производителей средств защиты информации и регуляторов для формирования национальной квантово-устойчивой экосистемы. Результаты исследования опубликованы в журнале Computers (Q1).

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl (Cmd) + Enter.

ЮФУ 135 статей Южный федеральный университет образован в рамках национального проекта "Образование" распоряжением Правительства Российской Федерации от 23 ноября 2006 года N1616-р (pdf) и приказом Министерства образования и науки Российской Федерации от 4 декабря 2006 года N1447 путем присоединения к Ростовскому государственному университету трех вузов: Таганрогского государственного радиотехнического университета, Ростовского государственного педагогического университета, Ростовской государственной академии архитектуры и искусств.