Anton Kozubov osales kolmandas episoodis, teoreetiline rühm . Arutasime tema tööd ja valdkonna spetsiifikat.
Heli versioon: · · · · .
Fotol:
Paar sõna tööstuse spetsiifikast
Ajakood -
: Minu teada tegelete väga spetsiifiliste teemadega.
Anton: Jah, selline arvamus on olemas, aga me püüame liikuda põhimõttelisemate asjade juurde. Kuigi üha rohkem inimesi tunneb huvi kvantkrüptograafia valdkonna vastu, pole see teaduse kuumim valdkond. Siin on küll hea vundament, kuid tehnoloogia on jõudnud juba inseneri arengufaasi.
Kõik hakkas arenema juba eelmise sajandi 80ndatel ja teaduslike standardite järgi on möödunud üsna palju aega. Teadlased on liikunud teoorialt ja katsetelt tegelike makettide ja täielikult töötavate seadmete juurde. Sellised süsteemid on Šveitsis, kus ID Quantique tegutseb, juba ammu olemas. Need käivitati 2005. või 2006. aastal ja sel kümnendil hakati Šveitsi ja Austria pankadele kvantkrüptograafiasüsteeme tarnima. See pole enam tulevikutehnoloogia.
Selliste süsteemide salastatuse tõendamisel on veel palju küsimusi. See on see, mida me selles valdkonnas kõige rohkem teeme. Kuid põhiprintsiibid on juba välja selgitatud.
Dmitri: Kas saate meile öelda, mis ajendas spetsialiste seda valdkonda üksikasjalikult uurima? Kuidas nad kirjeldasid esialgseid probleeme ja väljakutseid, millega nad silmitsi seisid?
Anton: See on naljakas lugu. Nagu teaduses ikka, hakkasime teemat uurima lihtsalt sellepärast, et see muutus huvitavaks. Erilist eesmärki polnud. Tol ajal arvati, et see on täiesti turvaline andmeedastusviis ja tol ajal oli see tõeliselt arenenud. Infoturbe teema muutus järjest aktuaalsemaks, kuid lisaks sellele jõudsime ka järeldusele, et erinevaid kvantefekte kasutades on võimalik luua uut tüüpi arvutit. Neil on üsna huvitavad võimalused, sealhulgas võimalus olemasolevat krüptograafiat murda.
Dmitri: Kaitseküsimusi on kerkinud varemgi, näiteks külma sõja ajal. Kuid kas selle tööstuse algus oli lähedal suhteliselt massiliste võrkude tekkele?
Anton: Sul on õigus. Sellest vaatenurgast saab ka seda vaadata. Naljakas on aga see, et kvantkrüptograafia valdkonna avastasid kaks inimest, kes olid rohkem IT-valdkonnaga seotud. Oma esimest tööd, milles kirjeldati põhiprintsiipe, esitlesid nad IT-konverentsil. Nii et jah, see tuleb sealt.
Dmitri: Kuidas sa selle ala juurde sattusid? Mis oli sinu motivatsioon?
Anton: Ausalt öeldes oli see sarnane – see oli huvitav. Kuid alguses ma kvantkrüptograafiaga ei tegelenud. Alustas sellest . Selgus, et selleteemalised probleemid osutusid labori vajadustele mitte nii oluliseks, mistõttu läksin üle kvantkrüptograafiale. Kuid ainult ühe asja tegemine pole eriti huvitav, samuti on palju omavahel seotud valdkondi, nii et me ei saa rääkida oma tegevuse väga spetsiifilisest iseloomust.
Võimalused seotud valdkondade teadlastele
Ajakood -
Dmitri: Edasi võime öelda, et selle teemaga on seotud üsna piiratud ring inimesi. Kas oskaksite hinnata oma ala spetsialistide arvu? Või on see ikka väga kinnine klubi?
Anton: See on suletud, kuid ainult selle suhteliselt eliidi osas. Maailmas on palju inimesi, kes on seotud kvantinformatsiooni teooriaga selle erinevates ilmingutes. Mul pole õrna aimugi, kuidas nende arvu hinnata, aga kindlasti on konverentsil kohal rohkem kui kolmkümmend inimest.
Ma arvan, et see pole isegi tuhandik kõigest. Paljud inimesed lähevad, sest see on üks kõige arenenumaid teadusvaldkondi. Kõigil juhtivatel instituutidel on kvantinformatsiooni teooria ehk kvantoptika ja sellega seotud asjad. Teine küsimus on, kui palju inimesi on sukeldunud sellisesse spetsialiseeritud nišši nagu kvantkrüptograafiasüsteemide tugevuse tõestamine.
See kogukond on väiksem, kuid siiski ulatuslik. Konverentsil osalenud ei olnud kõik selle valdkonna juhtivad eksperdid. Neid on üle maailma sadakond. Tõendid kvantkrüptograafiasüsteemide tugevuse kohta ilmnesid hiljuti, 2000. aastate alguses. Sellel alal töötavad inimesed on varem teinud muid asju. Näiteks kvantoptika, fundamentaaluuringud. Need on endiselt asjakohased. Nad tulid meie piirkonda füüsikast.
On ka neid, kes on pärit klassikalisest infoteooriast või matemaatikast. Resistentsuse tõendite hindamisel mängivad otsustavat rolli erinevad entroopia tüübid. Kus mujal neid kasutatakse – termodünaamikas. Inimesed, kes mõistavad, kuidas kvantentroopiad infoteoorias töötavad, saavad oma teadmisi kvanttermodünaamikas rakendada. Selle valdkonna üks juhtivaid teadlasi Renato Renner Zürichist õpib seal kvantinformatsiooni teooriat ja peab Santa Barbaras loenguid kvanttermodünaamikast.
Milliste väljakutsetega kogukond silmitsi seisab?
Ajakood -
Dmitri: Milliste küsimustega täna tegelete? Millised on eesrindlikud väljakutsed? Mis tähistab nüüd seda latti, mida tuleb edasi nihutada?
Anton: Me võime sellest rääkida kahest erinevast küljest. Minu arvates on rakendusosa vähem huvitav. Kvantvõtmete jaotus on juba jõudnud tööstuslikule mastaabile, kuid kõik tahavad mõista, kuidas nad saavad veenduda, et tegemist on kvantjaotusega, mitte millegi muuga. Selleks on vaja seadmed sertifitseerida, seega on spetsialiseeritud standardite väljatöötamine maailmas lisaks inseneriosale üks peamisi probleeme. Enamik selle valdkonna juhtivaid teadlasi suunab oma jõupingutused selle poole.
Meie tegevuse teine aspekt on süsteemide vastupidavuse tõestamine. Klassikaline krüptograafia põhineb eeldusel, et ründajal pole lihtsalt piisavalt arvutusvõimsust andmete dekrüpteerimiseks, kuni need kehtivad. Kuid võib juhtuda, et sellised eeldused ei ole alati õiged, mistõttu peame liikuma teisele andmekaitseparadigmale – tagamaks, et dekrüpteerimisvõime aja jooksul ei muutuks.
Tegeleme kvantvõtmejaotusega. See tähendab, et me levitame võtit, mida on vaja teabe krüpteerimiseks kasutada. Sellist võtit võib varastada, kuid me püüame juurutada paradigmat, milles see pole võimalik. Kui selle levitamise ajal keegi meie kanalisse tungib, märkame seda alati. See on kvantkrüptograafia klassikalise paradigma aluseks. See saavutatakse üksikute footonite kasutamisega.
Neil on kolm omadust. Need on minimaalsed osad energiast, neid ei saa jagada ja siis näiteks tugevdada. Neid ei saa kopeerida. Tundmatut kvantolekut ei saa kopeerida, sest selleks on vaja seda mõõta ja seda ei saa teha ilma kvantolekut hävitamata. Kui me seda mõõdame, kukub see kokku.
Tänu nendele omadustele saate vaadelda ründaja - me kutsume teda Eveks (pealtkuulajast) - võimeid teisest vaatenurgast. Me ütleme, et anname Eevale kõik, mis on füüsikaseaduste piires võimalik. Kvantmälu, ideaalsed detektorid – meil pole sellele ligilähedalegi, aga anname talle sellised võimalused. Ja isegi seda silmas pidades ütleme, et ta ei saa põhiandmeid ilma meie teadmata. See on see, millele kvantkrüptograafia paradigma algselt üles ehitati.
Kuid see kõik on hea seni, kuni me räägime üksikutest footonitest. Üksikute footonite allikad on aga üsna kapriissed, väikese kiirusega ja kallid, mistõttu keegi neid selles protsessis ei kasuta. Kõik kasutavad nõrgestatud laserkiirgust.
Dmitri: Ja kuidas on see võrreldav kinnisvaraga, millest te rääkisite?
Anton: Muudab vastupidavuse tõestamise paradigmat ja lähenemist. See on endiselt teostatav ülesanne, kuid palju keerulisem. Olukorras, kus me kasutame midagi, mis pole just see, mida ideaalolukordades vajaksime, nimelt koherentseid nõrgestatud olekuid, peame seda oma püsivuse tõendites arvesse võtma. Meie teeme seda ja kogu maailm liigub selles suunas.
Dmitri: Kas see lähenemine võtab arvesse sidekanali otstes olevaid seadmeid?
Anton: Algselt kasutati kvantvõtmete jaotuses lähendusi, näiteks ideed, et Eve ei pääse Alice'i ja Bobi kastidesse, vaid tal on juurdepääs ainult sidekanalile. See ei ole väga elujõuline ligikaudsus. Tänapäeval on olemas kvanthäkkimine. Ta ütleb meile, et optilise kiu või kvantkanali puhul on särituse abil täiesti võimalik "seadeid" muuta.
Seda suunda arvestatakse sertifitseerimise küsimustes. Meil on Moskvas suur labor, kus töötab Vadim Makarov, ilmselt maailma kuulsaim “kvanthäkker”. Teistes riikides teevad nad seda väga aktiivselt. See on see, mille poole ma püüdlesin. Kuidas Eve meie kastidesse pääseb, on pigem inseneriprobleem. Pidasin end varem teadlaseks, nii et mul on huvitav vaadata Eevat teisest vaatenurgast. Näiteks uurige, kuidas ta saab suhtluskanalisse sattuda ja varastada kõike, ilma et me märkaks. Ma eelistan töötada mitte heade poiste Alice'i ja Bobi heaks, vaid uurida võimalikke rünnakuid kvantvõtmejaotussüsteemide vastu.
Lühike sissejuhatus kvanthäkkimisse
Ajakood -
Dmitri: Kas saate kirjeldada selliste rünnakute omadusi?
Anton: Üldtunnustatud omadused jagunevad kolme klassi. Man-in-the-middle rünnakud on sarnased klassikaliste man-in-the-middle (MITM) rünnakutega. Teine tüüp on abstraktsem, kui Eve suhtleb kuidagi iga meie kvantkanali pakiga ja salvestab sellise interaktsiooni tulemuse oma kvantmällu. Pärast seda ootab ta, kuni Alice ja Bob läbi viivad protseduurid kokku lepivad, saab veelgi rohkem teavet, mõõdab jne. Need on kollektiivsed rünnakud, kuid on ka kolmas tüüp – veelgi abstraktsem. Sinna lisatakse hinnang reaalsetele parameetritele.
Teist tüüpi rünnakute puhul eeldame, et Alice ja Bob jagavad nende vahel lõpmatu arvu bitte. Tegelikkuses on see võimatu ja niipea, kui jõuame lõplike mahtudeni, hakkavad ilmnema statistilised kõikumised. Nad võivad mängida Eve kätte. Sidusad rünnakud võtavad arvesse ka ressursside lõplikkust. See on keeruline asi ja mitte kõigil kvantvõtmejaotusprotokollidel pole nii põhjalikku turvatõendit.
Oluline on mõista, et me edastame võtmebitte ja moodustame võtmeid. Kuidas te neid edasi kasutate, on teie otsustada. Siin tulevad mängu krüptograafiaprobleemid. Kui võtta kasutusele kaasaegsed algoritmid, nagu asümmeetriline krüptimine, pole sellest kasu. Ainus viis takistuse tagamiseks on krüpteerimisplokk. Siis pole küsimusi, kuid selleks peate iga kord võtmed genereerima ja neid iga sõnumi jaoks muutma. See on keeruline protsess.
Kvantvõtmejaotuse olemus seisneb selles, et kõigi Eve rünnakute jaoks saame eraldada sellise hulga jaotatud bitte, mida teavad ainult Alice ja ainult Bob. Eve ei saa temast teada. See on meie töö peamine eesmärk. Kuid ma olen huvitatud sellistest rünnakutest, et Alice ja Bob oleksid oma ohutuses kindlad ning Eve korraldaks kõik nii, et kaitsest mööda läheks.
Te ei saa lihtsalt võtta ega häirida oma kolleege
Ajakood -
Dmitri: Selgub, et selline esirinnas olev töö võib kergesti tühistada kolleegide tulemused rahvusvahelises kogukonnas?
Anton: Ta, Kanada seminar, millest te rääkisite, on täpselt see, millest see räägib. Seal ütlesin, et just seda me tegimegi, mis tekitas negatiivsuse tulva. See on seletatav. Inimesed on kakskümmend viis aastat teadust teinud ja siis tuleb keegi ja ütleb, et nende tulemused polnud päris õiged. See näitab ka, kuidas seda õigesti tehakse. See oli minust väga üleolev. Aga ma usun, et suutsime teha rünnaku, millega paljud isegi ei arvesta ega arvesta.
Dmitri: Kas saaksite sellest rääkida ja kirjeldada seda vähemalt üldiselt?
Anton: Jah muidugi. Naljakas on see, et see on kaaperdamise ja edasisuunamise rünnak – kõige lihtsam, mida võite välja mõelda. Ainult see on mõnevõrra muudetud ja keeruline, nagu ma ütleks. Tänapäeval, vaadates püsivuse tõendeid, öeldakse, et kõik kvantkanalid kirjeldavad lihtsalt teabe ümberjaotamist Alice'i, Bobi ja Eve vahel.
Oluline on see, et sel juhul toimuvad kõik kvantolekute mõõtmised pärast seda jaotust. Teeme ettepaneku kirjeldada kvantkanalit nii, et see sisaldaks dimensiooni, mille suhtes olekud muutuvad ja Bobile peale surutakse. Suhteliselt öeldes on meil midagi kanali keskel, see püüab eristada olekuid, mida ta eristab, saadab Bobile, mida ta ei erista, see blokeerib. Seega on Eve teada kõik, mis Bobi juurde tuleb. See tunduks ilmselge ideena, kuid millegipärast ei räägi sellest maailmas keegi.
Dmitri: Ja te näitasite sellise rünnaku teoreetilist võimalust.
Anton: Jah, ma rääkisin sellest Torontos. Meil olid väga tulised arutelud inimestega, kes on selles valdkonnas töötanud nii kaua, kui mina olen elanud. See oli huvitav, väga kasulik kogemus.
Miks on oluline mitte kiirustada avaldamise kaitsemeetoditega
Ajakood -
Dmitri: Kasutades põhilist analoogiat viiruse ja viirusetõrjega, hõlmab teie tegevusvaldkond ja kontseptsioon T-kujulist protsessi üksteise järel toimuva rassi trajektoorist eemal. Kas võib öelda, et selline lähenemine tekitab uusi probleemide kimpu ja neid tuleb lahendada teistel tasanditel, mitte ainult ühel, nagu praegu?
Anton: Väga õiglane küsimus. Pean siin olema selge. Muidugi huvitab mind rohkem ründeviiside väljamõtlemine. Kuid me kõik töötame kvantvõtmete jaotamise valdkonnas, saame selle eest palka ja me ei taha tegelikult oma ratastesse kodarat panna. See on loogiline. Kui tullakse välja uue rünnakuga kvantvõtmejaotussüsteemide vastu, oleks tore välja mõelda mingisugused vastumeetmed. Saime hakkama, leidsime viisi, kuidas sellega toime tulla. See pole kõige triviaalsem, kuid see on olemas. Selliseid probleeme on võimalik katta, aga teine küsimus on see, et kui inimesed probleemidest ei räägi, siis on ilmselge, et nad ei arvesta nendega. See tähendab, et neil pole vastumeetmeid.
Fotol:
Dmitri: Kas see lähenemine on teie kogukonnas mingi sõnatu kood?
Anton: Jah, aga ma ei pea õigeks lahendust pakkuda. Oluline on teema tõstatada. Siis leiab keegi kõrvallahendusi peale selle, mis sul on. Kui kõik korraga postitada, siis inimesed võtavad selle, mis valmis ja mõttearendust ei toimu.
Dmitri: Kas siis võib kindlalt väita, et teie lahendus võib olla midagi beetaversiooni ja kuskil teie varrukas võib olla midagi veelgi huvitavamat, mille olete enda jaoks salvestanud?
Anton: Võib-olla.
Natuke suhtlemisest reguleerivate organisatsioonidega
Ajakood -
Dmitri: See valdkond köidab igasuguste reguleerivate asutuste ja luureagentuuride tähelepanu. Kas see kõik võtab arengute koordineerimisel aega?
Anton: Väga hea küsimus! Püüan sellele võimalikult põiklikult vastata. See võtab märkimisväärse osa ajast, mille võiks kulutada tõeliselt teaduslikele projektidele. Aga ma saan aru, miks see oluline on.
Dmitri: Täpselt nagu sertifikaadi puhul, millest me varem rääkisime. Te lihtsalt ei saa palgata abilist, kes teie eest suhtleks. Kas teadlased peavad nüansse otse kõigile reguleerivatele organisatsioonidele selgitama ja aitama neil seda välja mõelda?
Anton: Jah, täpselt nii see on. See on õige lähenemine. Keegi ei suuda paremini seletada, mida sa tegid, kui sina ise. Kui te seda teha ei saa, tekivad küsimused teie saavutuste tegelikkuse kohta. Aga kui oleks võimalus tegeleda ainult teadusega, siis eelistaksin tegeleda ainult teadusega. Kuid see kõik on oluline osa meie tööst, mida me ka teeme.
Dmitri: Kas teil on aega isiklike projektide jaoks?
Anton: Keeruline probleem. Leiame aega ja teeme kõrvalasju. Need on põhimõttelisemad probleemid. Võtame näiteks kvantteleportatsiooni – näiteks valmistame ette selleteemalist väljaannet. Me võtame teised probleemid, midagi kvantoptikast, kvantinformatsiooni teooriast. Need on huvitavad asjad. Püüame aega leida, sest elu ilma selleta on täiesti igav. Üksinda paberimajandusega hakkama saada on võimatu. Peame ka teadusega tegelema.
Fundamentaal- ja rakendusteaduse eristusest
Ajakood -
Dmitri: Kui püüda hinnata oma valdkonna muutuste kiirust, siis teaduspublikatsioonide mahtu. Kuidas see mõjutab teie tööd ja huvi seotud tööstusharude vastu?
Anton: Meie piirkond on kuum teema. Ilmub metsik kogus artikleid. Isegi tõeliselt asjakohaste artiklite arv on tohutu. Neid kõiki on raske jälgida, see on lihtsalt võimatu.
Dmitri: Kas sellest jälgimisprotsessist on tugev sõltuvus? Või on teie projektid piisavalt eraldatud, et ilma segajateta märki lüüa?
Anton: Isolatsioon on pigem miinus. Omas mahlas hautades ei märka enam vigu. Sa võid arvata, et teed kõike õigesti, kuid kusagil hiilib sisse põhimõtteline viga, millest sa ilma jääd. On hea, kui maailmas on inimesi, kes teevad sarnaseid asju. Kui suudad mingil määral sarnaseid asju saavutada, siis liigud õiges suunas. Kui tulemused erinevad, on see põhjus vestelda ja välja selgitada, kellel on õigus.
Dmitri: Aga töö toimub suhteliselt suletud ringis? Kas need pole mitte sajad inimesed?
Anton: Õiglane, kuid mitte alati. Meie rühmas on püsivuse tõestamisega seotud kolm inimest: mina, mu kolleeg ja meie teaduslik juhendaja. Kui võtta laiemad valdkonnad – kvantoptika, infoteooria –, siis on meid viis. Kui rääkida kvantvõtmejaotussüsteemidest, siis Moskvas, Novosibirskis, Kaasanis on inimesi. Kuid Euroopas ja USA-s on need suured teoreetilised rühmad.
Dmitri: Mis iseloomustab seda skaala erinevust?
Anton: Need on erinevad viisid teaduse arendamiseks. Meie oma erineb Euroopa omast. Teadus käib siin rakendusuuringute rada, mis on praegu vajalik ja asjakohane. Ma ei mõista seda lähenemist hukka, kuid pean seda vähe teaduslikuks. Mulle avaldab rohkem muljet läänelik – selge vahe fundamentaal- ja rakendusteaduse vahel. Kui praegu pole vaja fundamentaalteaduselt mingeid praktilisi tulemusi nõuda. Sellepärast on see põhimõtteline, et mitte tegeleda rakenduslike asjadega.
Eelkõige Zürichisse naasmine. See on suur instituut, mis tegeleb eranditult fundamentaaluuringutega. Inimesed uurivad asju, mis selgitavad meile universumi põhialuseid ja aitavad meil neid paremini mõista. Nad tulevad sinna, sest nad tahavad seda teha. Meie jaoks kaasneb huviga vajadus, vajadus hetkel midagi muud teha. Seetõttu on tajumises ja arengus selline erinevus. Need on kaks täiesti erinevat teed.
Dmitri: Kas see vajadus sõltub kontrolliva organisatsiooni planeerimishorisondist, teadusringkondadest või millestki muust?
Anton: Seda reguleerib see, kes raha eraldab. See, kes maksab, helistab. Näeme suurt huvi varustuse olemasolu vastu siin ja praegu. Euroopas on fonde, mis on suunatud alusuuringutele. Oleneb, kes raha annab.
Meie Habré podcasti teised episoodid:
Allikas: www.habr.com