Текст книги "Цифровая революция. Преимущества и риски. Искусственный интеллект и интернет всего"

Как любая технология новой промышленной революции, квантовый компьютер несёт для общества серьёзные выгоды и катастрофические угрозы. Он может преобразить банковское дело, может создать мощную систему киберзащиты, может на порядок усовершенствовать систему защиты от любого военного нападения, а может быть стать страшным оружием в руках террористов или мафиозных структур.

Наиболее серьезные угрозы глобальной и национальной безопасности, экономике и повседневной жизни несет в себе использование квантовых компьютеров для взлома кодов. Специалисты по криптографии Агентства Национальной Безопасности США ещё в 2015 году опубликовали на сайте АНБ отчёт, где выразили серьёзную обеспокоенность перспективой появления работающих квантовых компьютеров, поскольку это может привести к чрезвычайно быстрой расшифровке многих использующихся сегодня криптографических алгоритмов. Представители АНБ отмечали, что вопрос разработки криптостойких алгоритмов, способных эффективно шифровать данные в эру квантовых компьютеров, актуален как никогда. По мнению специалистов агентства, вполне реально появление работающего квантового компьютера, существование которого поставит под угрозу сохранность государственных и коммерческих данных во всех сферах. Хотя время от времени в ведущих мировых медиа появляются статьи об угрозах квантовых компьютеров для международных расчетных систем, процессинговых компаний, типа MasterCard, Visa и т. п., а также криптовалют и в первую очередь биткойна, реальная ситуация благоприятнее, чем описываемые сценарии.

Дело в том, что к настоящему времени разработаны и через два-три года будут готовы к практическому использованию так называемые постквантовые методы криптографии. Они базируются на сложнейшей математике, а их применение не позволяет квантовым компьютерам вскрывать корпоративные и федеральные сети как консервный нож банку. Более того, во второй половине 2020 года уже были проведены испытания прототипов квантовоустойчивой системы шифрования, выстоявшей перед атакой квантового компьютера Google.

Главный недостаток систем постквантового шифрования – это чрезвычайно высокая цена не только их разработки, но и огромные издержки, связанные с практической эксплуатацией для защиты данных, как хранящихся в базах данных, так и передаваемых от телекоммуникационных систем.

Время от времени появляются публикации, предсказывающие конец биткойна и криптовалют при внедрении квантового компьютера. Такого рода статьи пишут обычно либо экономисты, либо журналисты. Не говоря уже о том, что биткойн является одной из самых неудобных мишеней для квантового компьютера даже в нынешнем виде, важно знать, чтов ближайшие годы будет подготовлена специальная система шифрования, обеспечивающая его устойчивость к атакам квантовых компьютеров.

Главная и самая большая угроза квантовых компьютеров мировой экономике и повседневной жизни состоит в следующем. Даже на начальной стадии квантовые компьютеры могут практически мгновенно сломать любой антивирусник и получить доступ, согласно мнению АНБ, примерно к 97 % индивидуальных компьютеров, смартфонов и ноутбуков и к не менее 65 % – корпоративных. Поскольку постквантовое шифрование не только на стадии разработки, но и на стадии эксплуатации требует больших денег, оно без сомнения будет развернуто в ближайшие два-четыре года для федеральных органов власти, систем национальной безопасности и правопорядка, в ведущих научных центрах и крупнейших компаниях. Причем далеко не во всех странах. Среди них будут, безусловно, США, Китай, Япония, Южная Корея и Россия.

Что же касается всех персональных устройств, IT инфраструктур малого и среднего бизнеса, они окажутся беззащитными против квантового компьютера в случае, если он попадет в руки преступников, а тем более террористов или хакерских сетей, работающих на разведку того или иного государства. Это – мало осознаваемая, но абсолютно реальная угроза, грозящая подорвать безопасность, коммерцию, а главное, угрожающая повседневной жизни граждан.

Прогнозы TheEconomist в последние годы, несмотря на порой их причудливость, имеют удивительное свойство сбываться. Отставание в гонке за квантовыми компьютерами и квантовыми вычислениями может стать таким же опасным как отставание в гонке по разработке новейших видов вооружения или в гонке по созданию «сильного» искусственного интеллекта.

Россия располагает мощнейшим человеческим капиталом в области программирования, искусственного интеллекта и квантового компьютинга.

Ещё в 2019 году в России для развития квантовых технологий утверждена «дорожная карта», которая входит в состав национальной программы «Цифровая экономика». Карта рассчитана на срок до 2024 года и включает три направления: вычисления, коммуникации и сенсоры.

Квантовыми вычислениями и разработкой отечественного квантового компьютера занялись в «Росатоме», квантовыми коммуникациями – в РЖД, сенсорами – в «Ростехе». Ведущие российские компании сотрудничают с «Росатомом» в разработке квантового компьютера – Сбербанк и Сбербанк-Технологии, Газпромбанк, Газпромнефть, СИБУР и другие. Разработкой квантового компьютера в «Росатоме» занимаются ученые ВНИИА им. Н. Л. Духова, МГУ им. M.B. Ломоносова, МФТИ, НИТУ МИСиС, НОЦ ФМН МГТУ им. Н.Э. Баумана, ФИАН, ряда академических институтов, а также РКЦ.

25 ноября 2020 года объявлено о создании консорциума «Национальная квантовая лаборатория» (НКЛ). В него вошли структура госкорпорации «Росатом» («СП Квант»), Российский квантовый центр, фонд Сколково, НИУ Высшая школа экономики, НИТУ МИСиС, МФТИ и Физический институт им. П.Н. Лебедева.

Одновременно с созданием квантового компьютера и развитием квантовых вычислений, не дожидаясь дня «Ч» (так у военных обозначается день наступления войск, или день нападения), в России в мобилизационном режиме необходимо развернуть работу по минимизации потенциальных рисков и угроз применения квантовых компьютеров, связанную со взломом антивирусных систем.

3.2. Эра 5G

Беспроводные сети последнего поколения, получившие название 5G («пятое поколение»), были запущены с большими ожиданиями и серьезными опасениями. Дискуссии об эре 5G заключаются в том, что это гонка, в которой первопроходцы будут доминировать над всеми остальными и что это доминирование обеспечит устойчивые экономические и технические выгоды для стран и населения этих первопроходцев. Лидеры самых влиятельных стран утверждают, что превосходство в беспроводной связи является решающим фактором экономического успеха страны в эпоху мобильных технологий.

В мае 2021 года вышел в свет доклад аналитического центра RAND под названием «Эра Америки 5G. Получение конкурентных преимуществ при обеспечении безопасности страны и ее народа». В докладе авторы оценивают беспроводную экосистему 5G, а также рассматривают развитие ее рынков и технологий как устойчивую конкуренцию, а не как «гонку». Ключевое наблюдение: прошлое техническое или рыночное лидерство не гарантирует длительного преимущества. Авторы также подчеркивают важное значение устройств, сетей и сервисов эпохи 5G для защиты данных и личной информации.

Беспроводные сети 5G включают стандарты, оборудование и программное обеспечение, которые предназначены для того, чтобы на порядки увеличить зону покрытия, пропускную способность, а также скорость передачи данных, доступную для пользователей. Приоритет среди этих обещанных улучшений зависит от конкретных условий. Некоторые компании могут отдавать предпочтение более высокой пропускной способности устройств. Например, для использования все большего количества устройств Интернета вещей или для обслуживания больших групп людей, допустим, на футбольных стадионах или на Таймс-сквер в канун Нового года. Другие компании могут отдавать приоритет скорости передачи данных для потоковой передачи видео или малой задержке (время между отправкой и получением данных) для автономной навигации транспортного средства. Некоторые страны могут захотеть отследить контакты заболевшего коронавирусом Covid-19 среди местного населения, в то время как другие могут проводить широкомасштабный мониторинг своего населения. Компании, которые первыми выйдут на рынок с приложениями, могут получить щедрые плоды для себя и своих стран – наряду с преимуществами и недостатками изменений, которые эти технологии несут в их общества.

Чтобы понять, какие изменения принесет 5G, полезно сравнить его характеристики с характеристиками систем 4G предыдущего поколения (известных как 4G Long-Term Evolution или 4G LTE).

Ожидается, что технологии 5G будут поддерживать такие приложения, как «умные» дома и здания, «умные» города, 3D-видео, работа и игра в облаке, дистанционные медицинские услуги, виртуальная и дополненная реальность, а также массовая межмашинная связь для автоматизации производства. Поддержка этих услуг сетями 4G в настоящее время затруднена.

5G увеличивает максимальную плотность устройств с 60 000 на квадратный километр (в соответствии со стандартом 4G) до 1 млн устройств на квадратный километр. Учитывая большое разнообразие устройств, которые подключаются к беспроводным сетям, интересно оценить, когда спрос пользователей будет превышать возможности технологий, соответствующих стандартам 4G, для удовлетворения этого спроса.

Ожидается, что приложения с поддержкой 5G приведут к увеличению среднего числа устройств, одновременно подключенных к сотовой сети, на душу населения. Cisco прогнозирует, что к 2023 году соотношение устройств к количеству людей в Северной Америке будет более 14 к 1 (Cisco, 2020). Cisco ожидает, что половина этих устройств будет машинами, которые общаются с другими машинами, а доля подключений устройств растет на 30 % в год по сравнению с 7 % для смартфонов (Cisco, 2020).

Если эти темпы роста сохранятся до 2030 года, то в Северной Америке количество устройств, подключенных к Интернету, на каждого человека будет равно 29. По оценкам Cisco, 25 % устройств в Северной Америке будут подключаться через беспроводные технологии.

Кроме того, количество беспроводных устройств, одновременно ищущих подключения, вырастает в течение рабочего дня или при проведении особых мероприятий. Например, в будний день на Манхэттене 2,3 млн пассажиров вызывают рост средней численности пользователей с 27436 человек на квадратный километр до почти 66 тыс. (World Population Review). Если бы пользователи каждого пригородного поезда одновременно осуществляли передачу информации только на одном сотовом устройстве, они бы превысили возможности сегодняшней сети 4G. Подобные всплески плотности пользователей, вероятно, произойдут в большинстве городов, на профессиональных спортивных объектах и во время других особых случаев (например, парадов, фестивалей, празднования Нового года).

Также интересно оценить технологические аспекты 5G. В настоящее время системы 4G работают в низкополосной части радиочастотного спектра (обычно на частотах от 700 до 850 мегагерц [МГц], с дополнительными сегментами чуть выше 1 гигагерца [ГГц]). Проблема с низкополосным частотным спектром состоит в том, что он переполнен. Многие другие пользователи уже занимают спектральный диапазон вокруг частот, выделенных сотовым системам. Следовательно, чтобы увеличить количество одновременных пользователей и скорость передачи данных, операторы сотовой связи должны перейти на более высокие частоты, которые могут обеспечить большие фрагменты неиспользуемого спектра. Сюда входит средняя полоса (обычно от 3 ГГц до 7 ГГц, иногда называемая вспомогательной –6 ГГц) и высокочастотный диапазон (миллиметровая волна выше 24 ГГц). С другой стороны, большое преимущество диапазона 1 ГГц заключается в том, что радиосигналы могут проходить через атмосферу на большие расстояния, а также через здания, деревья и другие препятствия.

Низкочастотные диапазоны более эффективны, чем высокочастотные, при охвате больших территорий. Хорошо оснащенная базовая станция вышки сотовой связи, работающая на частоте 700 МГц, может обслуживать до 1200 одновременных голосовых вызовов на расстоянии до 24 км. Этого достаточно, чтобы охватить, например, большую сельскую территорию. Когда стандартов 4G станет недостаточно, эти вышки можно будет модернизировать до 5G.

В докладе используется термин «экосистема 5G» для обозначения большого числа заинтересованных сторон, выполняющих множество важных ролей, которые так или иначе связаны с устройствами и сетями 5G. В центре анализа находятся четыре ключевых сегмента экосистемы 5G:

– На самом высоком уровне – сегмент, содержащий приложения и сервисы, использующие мобильную сеть. В Соединенных Штатах к ним относятся такие доминирующие игроки, как Alphabet (включая Google), Amazon, Apple, Facebook и Microsoft. В их число также входят такие компании, как Netfix, Lyft, Uber, Twitter, Snap, Pinterest, Yelp и другие предприятия, которые зависят от мобильных пользователей и устройств в своих сегментах рынка.

– В следующий сегмент входят операторы мобильной и магистральной сети. В США этот сегмент включает AT&T, Verizon и T-Mobile / Sprint, а также других интернет – провайдеров и региональных операторов связи. Мобильные сети беспроводного радиодоступа (RAN) соединяют все необходимые элементы для предоставления беспроводных услуг конечному пользователю, связывают мобильные устройства с RAN, затем подключаются к базовым магистральным сетям и т. п., к базам данных и серверам по всей стране.

– Критически важные аппаратные и программные компоненты 5G включают наборы микросхем для мобильных устройств, сами мобильные устройства, оборудование RAN (включая базовые станции и любые размещенные в одном месте коммутаторы и маршрутизаторы), а также оборудование базовой сети. Эти компоненты представляют собой аппаратное и программное обеспечение магистрали сети 5G и подключенных к ней устройств.

– Инфраструктура, необходимая для разработки и создания критически важных аппаратных и программных компонентов 5G, составляет наиболее фундаментальный сегмент и включает передовое производственное оборудование; цехи по производству микросхем; разработчиков наборов инструкций; международные соглашения, такие как установление стандартов и системные патенты (SEP) на аппаратное и программное обеспечение, установленные международными организациями, например, такими как проект «Глобального партнерства третьего поколения» (3GPP).

Если смотреть через призму рыночной капитализации (общая стоимость обыкновенных акций, выпущенных данной компанией), Соединенные Штаты преуспевают в эпоху 5G. Американские компании, работающие в сегменте приложений и услуг, по состоянию на май 2019 года имели общую рыночную капитализацию почти в $4,5 трлн, из которых более $3 трлн были внесены только Alphabet, Amazon, Microsoft и Facebook. Аппаратные и программные компоненты увеличили рыночную капитализацию еще на $2 трлн (из которых на Apple приходился почти $1 трлн), а беспроводные сети добавили более $800 млрд.

Резидентство этих фирм в Соединенных Штатах дает значительные выгоды, включая экономическое влияние создаваемых ими рабочих мест, налоговых поступлений, которые они генерируют, а также – возможность регулировать политику и методы компании и влиять на них. В пяти наиболее ценных компаниях экосистемы 5G в Соединенных Штатах (Alphabet, Amazon, Apple, Facebook и Microsoft) в 2019 году во всем мире работало более 1,2 млн человек, причем более половины из них – в Соединенных Штатах.

Эти крупные технологические фирмы хорошо платят. Средний доход семьи в Калифорнии составляет $75 277, а средняя зарплата в Facebook составляет $240 000 в год, что является высоким показателем даже для технических работодателей. В Сиэтле средняя зарплата достигла $93000 в 2018 году, а базирующаяся в Сиэтле компания Microsoft выплачивала среднюю зарплату в размере $167000 в том же году. Средняя заработная плата ниже на Amazon ($28000 в 2018 году), в основном потому, что среди сотрудников большая часть составляет менее квалифицированный персонал, такой как специалисты по упаковке и сотрудники центра выполнения заказов.

Льготы сотрудникам в Соединенных Штатах распространяются не только на штатный персонал этих компаний, работающих полный рабочий день. Например, в 2012 году Apple предоставила различные виды льгот 72 800 постоянным сотрудникам на полной занятости и 3 300 временным сотрудникам, чей труд приравнивается к полной занятости. В том же году Apple заявила, что прямо или косвенно создала в общей сложности 514 000 рабочих мест от «инженера, который помог изобрести iPad, до доставщика, который принесет его к вам домой». В 2019 году Apple заявила, что ее «след», связанный с прямой и косвенной занятостью, вырос до 2,4 млн рабочих мест в США. Предположительно, аналогичные тенденции характерны и для других технологических компаний.

Кроме того, технологические компании являются важным источником налоговых поступлений. Например, Amazon и Apple заплатили$78 млрд налогов в период с 2015 по 2019 годы, 68 % из них были выплачены либо федеральному правительству США, либо правительству штатов.

Сегмент приложений и услуг быстро вырос в Соединенных Штатах: Alphabet, Amazon и Facebook стали публичными в 1997, 2004 и 2012 годах соответственно. Ценность, создаваемая компаниями, производящими приложения и услуги, связана с данными о людях и предприятиях, включая их деятельность, предпочтения, отношения и потребительское поведение. В этом сегменте рыночная стоимость, например, выручка, демонстрирует сетевой эффект – она растет экспоненциально с увеличением количества пользователей и их данных. На сегодняшний день Соединенные Штаты доминируют в этом сегменте, хотя некоторые китайские компании, такие как ByteDance, владелец модной социальной сети для обмена видео TikTok, быстро набирают пользователей и их данные. Если ограничения сетей 4G LTE начнут сдерживать рост сегмента приложений и услуг, потребительский спрос может стимулировать развертывание 5G в Соединенных Штатах. Но опаздывающее развертывание в США может заставить поставщиков приложений и услуг переключить свое внимание на потребителей в более оснащенных странах.

Рынки аппаратных и программных компонентов экосистемы 5G кажутся очень динамичными и конкурентоспособными. Неясно, существует ли в этом сегменте рынка преимущество первопроходца. Новые фирмы появляются и процветают, в то время как устоявшиеся лидеры часто приходят в упадок, но иногда и оживают вновь.

Соединенные Штаты сохраняют техническое лидерство в нескольких ключевых сегментах. Какобсуждалось ранее, технологические компании США предоставляют сегодня наибольшую долю приложений и услуг, во главе с Alphabet (Google), Amazon, Apple (с интегрированной экосистемой устройств и услуг), Facebook и Microsoft. Американские компании предоставляют большинство операционных систем для смартфонов (с Android и Apple iOS) и являются сильными конкурентами в области смартфонов (Apple), коммутаторов и серверов базовой сети (Cisco, Dell и Hewlett-Packard). Также у американских компаний есть сильные разработчики мобильных чипов, например, в Qualcomm, Skyworks, Broadcom, Qorvo и других.

Однако в последние годы технологическое лидерство США ослабевает в некоторых ключевых сегментах, часто уступая место иностранной конкуренции. Большинство разработок мобильных чипов для США производится на нескольких крупных литейных заводах на Тайване (66 %) и Южной Корее (еще 16 %). Иностранные фирмы также лидируют по подаче патентов, хотя количество патентов само по себе является несовершенным показателем технической ценности. Как уже отмечалось, американские компании полностью отказались от производства базовых станций мобильной сети RAN, и теперь иностранные фирмы (в основном Huawei, ZTE, Nokia и Ericsson) конкурируют между собой на этом рынке.

Иностранные компании являются лидерами по производству смартфонов (Samsung и Huawei) и занимают сильные позиции в области коммутаторов и серверов (Huawei и ZTE). Наконец, китайские компании, такие как Baidu, Alibaba и Tencent, быстро растут, а некоторые приложения, такие как TikTok, привлекают пользователей за пределами Китая.

Несмотря на большое количество публичных обсуждений, технология 5G все еще находится в стадии разработки, как с точки зрения технических стандартов, так и с точки зрения пользовательских приложений. По-прежнему существует огромная неопределенность в отношении будущего использования 5G, например, какую ценность технология будет генерировать, кто получит эту ценность, а кто потерпит серьезную неудачу.

Продукты, представленные в каждом поколении сотовых сетей, столкнулись с неуверенностью в своем успехе. Исторический пример: в 2006 году компания WaltDisney запустила ESPN Mobile и DisneyMobile в качестве мобильных виртуальных сетей 3G. Несмотря на эксклюзивный контент и большие вложения в развитие, к 2007 году обе закрылись. В том же году Netfix начала переход от небольшой компании, занимающейся рассылкой фильмов по почте, к компании, занимающейся потоковой передачей видео по запросу. В 2018 году у нее было 117 млн подписчиков, при этом 25 % потоковой передачи осуществлялось через беспроводные сети. В 2006 году сторонние наблюдатели могли предсказать, что на ESPN и Disney в конечном счете будет приходиться больше использования 4G, чем на тогда еще молодой Netfix, но они исчезли, а Netfix взлетел до небес.

Точно так же трудно оценить, насколько хорошо американские компании будут конкурировать в 5G, потому что на данный момент никто не знает, какие варианты использования в итоге будут способствовать развитию 5G. На развертывание каждого предыдущего поколения беспроводной связи уходило более десяти лет, а основные части технической экосистемы 5G (например, ядро 5G) еще даже не были полностью стандартизированы, не говоря уже о создании. Неизбежно появятся неожиданные лидеры, в то время как некоторые ранние фавориты потерпят неудачу. При такой большой неопределенности в отношении возможного использования и возможных лидеров рынка жизненно важно, чтобы Соединенные Штаты поддерживали процветающую техническую базу и оставались основным источником идей и изобретений, а предприниматели могли быстро использовать возможности по мере их появления. Инвестиции в исследования и разработки, доступ к венчурному капиталу и квалифицированная рабочая сила занимают одно из первых мест в списке ресурсов, необходимых для создания процветающей экосистемы 5G.

Другой жизненно важный ресурс – это радиочастотный спектр, доступный для поддержки новых приложений. Соединенные Штаты значительно отстают от многих других стран в области лицензирования радиочастотного спектра, особенно его средней полосы. Этот спектр требуется для обеспечения возможности развертывания 5G со всеми его функциями, особенно там, где mmWave нецелесообразен с учетом ограничений диапазона. Хотя Федеральная комиссия по связи (FCC) начала процесс проведения аукционов, она еще не выдала лицензию на какой-либо значительный объем среднего диапазона частот, в то время как другие страны продвигаются вперед намного быстрее.

В то время как рынки по всему миру разрабатывают приложения 5G, лидеры отрасли и правительство Соединенных Штатов должны работать над тем, чтобы Америка сохраняла лидерство в технологиях, которые станут основополагающими для 5G, а также для 6G и будущих поколений сотовой связи. В более общем плане Соединенным Штатам необходимо установить и сохранить лидерство в широком спектре технологий, включая быстро появляющиеся технологии, такие как, например, искусственный интеллект (ИИ). Эксперты, в частности Эрик Шмидт, бывший генеральный директор Google, выразили обеспокоенность тем, что Соединенные Штаты слишком сильно зависят от частного сектора, чтобы сохранить свое техническое преимущество, и что федеральное правительство должно напрямую поддерживать дополнительные исследования и разработки.