Google придумала, как защитить HTTPS от квантового взлома, не увеличивая размеры TLS-сертификатов

Google предложила решение, которое поможет защитить необходимые для работы протокола HTTPS сертификаты от гипотетических атак со стороны квантовых компьютеров, не увеличивая при этом размеров самих сертификатов.

Криптографические элементы в современных сертификатах стандарта X.509 имеют размер около 64 байтов — даже в полном виде их теоретически можно взломать, используя квантовый алгоритм Шора. Чтобы защитить работающие аналогичным образом сертификаты от квантовых атак, придётся увеличить размер криптографических данных в 40 раз — до 2,5 кбайт. И все эти данные придётся передавать при подключении браузера к сайту. Но чем больше размер сертификата, тем медленнее происходит рукопожатие, и если время открытия веб-страниц увеличится, большинство пользователей интернета попросту отключит шифрование нового типа. Тем более что замедлится и прохождение трафика через промежуточные узлы.

Чтобы повысить надёжность шифрования, в Google обратились к деревьям Меркла — структурам данных, в которых для проверки содержимого больших объёмов информации используются хеши и математические операции, то есть небольшие фрагменты данных по сравнению с традиционными процессами проверки в инфраструктуре открытых ключей. Проще говоря, центр сертификации подписывает только «головной узел всего дерева», содержащего несколько миллионов сертификатов, а отправляемый браузеру «сертификат» на деле является лишь упрощённым подтверждением того, что он включён в это дерево.

Если квантовый алгоритм Шора заработает на практике, злоумышленники смогут подделывать подписи сертификатов классического шифрования и взламывать открытые ключи — это даст им возможность подделывать временные метки сертификатов, которые используются, чтобы сообщать браузеру или ОС, что сертификат был зарегистрирован, хотя этого и не происходило. Чтобы исключить такую возможность, в Google перешли на квантово-устойчивые алгоритмы, такие как ML-DSA, то есть для создания подделки злоумышленнику потребуется взломать и классическое, и постквантовое шифрование.

Сертификаты на основе деревьев Меркла (Merkle Tree Certificates — MTC) дают гарантию защиты от взлома при помощи квантового алгоритма, сохраняя размер криптографических данных в пределах тех же 64 байтов. Новая система уже реализована в браузере Google Chrome, и для проверки её эффективности Cloudflare, которая пока единственная генерирует этот распределённый реестр, зарегистрировала около тысячи TLS-сертификатов нового образца. В перспективе, как предполагается, эта задача будет возложена на традиционные центры сертификации — уже сформирована рабочая группа PKI, Logs and Tree Signatures для выработки долгосрочного решения.