Zwiększanie bezpieczeństwa systemów komputerowych
Dla systemów cyfrowych przetwarzanie danych stanowi podstawowe zadanie. Różne procesy wymagają różnych rodzajów procesorów lub układów półprzewodnikowych. Szczególnie wymagający zestaw tych procesów to zadania wymagające dużej losowości. Mowa o obliczeniach, których wydajność i bezpieczeństwo zależą od wykorzystania dużych ilości liczb losowych charakteryzujących się wysoką jakością. Wśród nich można wymienić kryptografię, bezpieczną łączność oraz zapewnianie bezpieczeństwa danych. „Im trudniejsze jest przewidywanie liczb losowych, tym trudniejsze jest złamanie zabezpieczenia”, wyjaśnia Carlos Abellan, koordynator projektu RPU(odnośnik otworzy się w nowym oknie) z ramienia hiszpańskiej spółki Quside(odnośnik otworzy się w nowym oknie). „Jakość generowania liczb losowych bezpośrednio przekłada się na bezpieczeństwo danego systemu”.
Możliwości komputerów w zakresie operacji kryptograficznych
Realizacja wspomnianych zadań często wiąże się ze specyficznymi wymaganiami, którym nie są w stanie sprostać istniejące platformy komputerowe. „Obecne rozwiązania dostępne na rynku mają dwie wady”, mówi Abellan. „To jakość i wydajność sprzętowego generowania liczb losowych oraz moc obliczeniowa niezbędna do realizacji operacji kryptograficznych”. Aby rozwiązać oba te problemy, spółka Quside opracowała procesor losowości - RPU. To akcelerator sprzętowy zaprojektowany z myślą o zadaniach wymagających intensywnego generowania liczb losowych, w szczególności kryptografii. „Wyróżnikiem RPU jest to, że łączy dwie funkcje w ramach jednej platformy”, zauważa José Martinez, główny architekt projektu RPU. „Procesor zawiera wbudowane kwantowe generatory liczb losowych, które z dużą prędkością generują nieprzewidywalne liczby losowe. Ponadto zawiera elementy programowalne, które pozwalają użytkownikom dostosować platformę do własnych algorytmów kryptograficznych, protokołów bezpieczeństwa i wymogów aplikacji”.
Zoptymalizowane układy fotoniczne
Celem projektu RPU, realizowanego dzięki wsparciu Europejskiej Rady ds. Innowacji(odnośnik otworzy się w nowym oknie), był dalszy rozwój tej technologii poprzez opracowanie fotonicznych kwantowych układów scalonych do generowania liczb losowych. Układy te zostały zoptymalizowane pod kątem zapotrzebowania na energię, rozmiarów i wydajności różnych akceleratorów sprzętowych oraz aplikacji. „W ramach prac skupiliśmy się na dwóch głównych celach”, wyjaśnia Abellan. „Pierwszym z nich była platforma przeznaczona do zastosowań wymagających wysokiej wydajności, na potrzeby której opracowaliśmy zoptymalizowany układ fotoniczny. Drugim było wysoce skalowalne urządzenie wbudowane, w przypadku którego stworzyliśmy kompaktowe, zintegrowane rozwiązanie łączące fotonikę z pierwszym układem krzemowym realizującym zadania elektroniki sterującej”. Z technicznego punktu widzenia projekt obejmował zaprojektowanie fotonicznych układów scalonych służących do generowania losowości kwantowej oraz opracowanie platformy sprzętowej i architektury umożliwiającej wykonywanie zadań wymagających losowości. Zespół opracował rozwiązania i integracje z myślą o modelach sztucznej inteligencji oraz oprogramowaniu kryptograficznym, a prace były realizowane we współpracy z potencjalnymi użytkownikami końcowymi.
Od centrów danych po rozwiązania kosmiczne
Prace w ramach projektu zaowocowały czterema głównymi rezultatami. „Pierwszym z nich było opracowanie nowatorskiego układu fotonicznego, który zmniejsza o połowę zużycie energii związane z generowaniem liczb losowych i znacząco zmniejsza wymagania dotyczące sterowania”, mówi Abellan. „Drugim był rozwój rozwiązania Garnet X5 – zoptymalizowanego procesora RPU opracowanego z myślą o zastosowaniach kryptograficznych, który zostanie wprowadzony na rynek”. Pierwsze prototypy mają być dostępne pod koniec 2026 roku, a komercjalizacja jest planowana na 2027 rok. Spółka Quside opracowała także szeroki wachlarz integracji z bibliotekami kryptograficznymi, zarówno otwartoźródłowymi, jak i dostarczanymi przez wielu dostawców. „To oznacza, że wdrożenie naszej technologii nie wymaga praktycznie żadnego wysiłku związanego z integracją”, zauważa Abellan. „Dodatkowo opracowaliśmy nasz pierwszy układ sterujący ASIC, który pozwoli na obsługę zoptymalizowanego procesora RPU w przyszłych urządzeniach wbudowanych i brzegowych. Wszystkie te linie produktów umożliwią wdrożenie technologii RPU w wielu obszarach zastosowań – od centrów danych i infrastruktury telekomunikacyjnej po systemy brzegowe, przemysłowe i kosmiczne”. W ten sposób projekt RPU zamierza stać się kluczowym elementem składowym nowoczesnej architektury bezpieczeństwa Europy, wspierając sektory o krytycznym znaczeniu dla gospodarki, w tym przemysł kosmiczny, sektor obronny, telekomunikację, centra danych, infrastrukturę krytyczną oraz systemy rządowe.
