U trećoj epizodi sudjelovao je Anton Kozubov, teorijska grupa . Razgovarali smo o njegovom radu i specifičnostima industrije.
Audio verzija: · · · · .
Na fotografiji:
Nekoliko riječi o specifičnostima industrije
vremenski kod -
: Koliko znam, bavite se usko specijaliziranim temama.
Anton: Da, postoji takvo mišljenje, ali mi pokušavamo prijeći na temeljnije stvari. Iako je sve više ljudi zainteresirano za područje kvantne kriptografije, to nije najtoplije područje znanosti. Tu postoji dobar temelj, ali tehnologija je već došla u inženjersku fazu razvoja.
Sve se počelo razvijati još 80-ih godina prošlog stoljeća, a prema znanstvenim standardima prošlo je dosta vremena. Znanstvenici su prešli s teorije i eksperimenata na stvarne modele i potpuno funkcionalne uređaje. Takvi sustavi već dugo postoje u Švicarskoj, gdje posluje ID Quantique. Pokrenuli su 2005. ili 2006., a ovog su desetljeća počeli isporučivati kvantne kriptografske sustave švicarskim i austrijskim bankama. Ovo više nije tehnologija budućnosti.
Ostaje još mnogo pitanja u smislu dokazivanja tajnosti takvih sustava. To je ono što najviše radimo na ovom području. Ali osnovni principi su već izvučeni.
Dmitrij: Možete li nam reći što je stručnjake potaknulo na detaljnije proučavanje ovog područja? Kako su opisali početne probleme i izazove s kojima su se suočili?
Anton: To je smiješna priča. Kao što to uvijek biva u znanosti, počeli smo proučavati temu jednostavno zato što je postala zanimljiva. Nije bilo posebnog cilja. U to se vrijeme smatralo da je to apsolutno siguran način prijenosa podataka, au to je vrijeme bio doista napredan. Tema informacijske sigurnosti postajala je sve aktualnija, no osim toga došli smo do zaključka da je moguće stvoriti novu vrstu računala korištenjem različitih kvantnih učinaka. Imaju vrlo zanimljive mogućnosti, uključujući mogućnost razbijanja postojeće kriptografije.
Dmitrij: Pitanja zaštite javljala su se i prije, primjerice tijekom Hladnog rata. No je li početak ove industrije bio blizu pojave relativno masovnih mreža?
Anton: U pravu si. Možete to promatrati i s ove točke gledišta. No, smiješno je to što su polje kvantne kriptografije otkrila dvojica ljudi koji su bili više vezani uz IT područje. Svoj prvi rad, koji opisuje osnovne principe, predstavili su na IT konferenciji. Dakle, da, dolazi odatle.
Dmitrij: Kako ste ušli u ovo polje? Što je bila vaša motivacija?
Anton: Iskreno rečeno, bilo je slično - bilo je zanimljivo. Ali u početku se nisam bavio kvantnom kriptografijom. Započelo s . Ispostavilo se da problemi na ovu temu nisu bili toliko relevantni za potrebe laboratorija, pa sam prešao na kvantnu kriptografiju. Ali raditi samo jednu stvar nije posebno zanimljivo, a postoji i mnogo međusobno povezanih područja, tako da ne možemo govoriti o visokospecijaliziranoj prirodi naših aktivnosti.
Mogućnosti za znanstvenike iz srodnih područja
vremenski kod -
Dmitrij: Na možemo reći da se ovom temom bavi prilično ograničen krug ljudi. Možete li procijeniti broj stručnjaka u svom području? Ili je to ipak jako zatvoren klub?
Anton: Zatvoren je, ali samo u svom relativno elitnom dijelu. Puno je ljudi u svijetu uključeno u kvantnu informacijsku teoriju u njenim različitim pojavnim oblicima. Ne znam kako procijeniti njihov broj, ali sigurno se radi o više od trideset ljudi koji su bili na konferenciji.
Mislim da to nije ni tisućiti dio svega. Mnogi ljudi idu jer je to jedno od najnaprednijih područja znanosti. Svi vodeći instituti imaju kvantna teorija informacija ili kvantna optika i srodne stvari. Drugo je pitanje koliko je ljudi uronjeno u tako specijaliziranu nišu kao što je dokazivanje snage kvantnih kriptografskih sustava.
Ova zajednica je manja, ali još uvijek velika. Nisu svi prisutni na konferenciji bili vodeći stručnjaci u ovom području. Ima ih stotinjak diljem svijeta. Dokazi o snazi kvantnih kriptografskih sustava pojavili su se nedavno, početkom 2000-ih. Ljudi koji rade na ovom polju su se prije bavili drugim stvarima. Na primjer, kvantna optika, temeljna istraživanja. Još uvijek su relevantni. U naše krajeve došli su iz fizike.
Ima i onih koji dolaze iz klasične teorije informacija ili matematike. U procjeni dokaza otpornosti, različite vrste entropije igraju odlučujuću ulogu. Gdje se još koriste - u termodinamici. Ljudi koji razumiju kako kvantna entropija funkcionira u teoriji informacija mogu svoje znanje primijeniti na kvantnu termodinamiku. Jedan od vodećih znanstvenika u tom području, Renato Renner iz Züricha, ondje studira kvantnu teoriju informacija, au Santa Barbari drži tečaj iz kvantne termodinamike.
S kojim se izazovima zajednica suočava?
vremenski kod -
Dmitrij: Na kojim pitanjima danas radite? Koji su izazovi u prvom planu? Što sada predstavlja letvicu koju treba pomaknuti?
Anton: O tome možemo govoriti s dvije različite strane. Po mom mišljenju, primijenjeni dio je manje zanimljiv. Kvantna distribucija ključeva već je dosegla industrijsku razinu, ali svi žele razumjeti kako mogu biti sigurni da se bave kvantnom distribucijom, a ne nečim drugim. Za to je potrebno certificirati opremu, pa je razvoj specijaliziranih standarda jedan od glavnih problema u svijetu, uz inženjerski dio. Većina vodećih znanstvenika u ovom području usmjerava svoje napore ka tome.
Drugi aspekt našeg djelovanja je dokaz otpornosti sustava. Klasična kriptografija temelji se na pretpostavci da napadač jednostavno nema dovoljno računalne snage da dekriptira podatke dok su još valjani. No moguće je da takve pretpostavke nisu uvijek točne, pa se moramo pomaknuti na drugačiju paradigmu zaštite podataka - kako bismo osigurali da se mogućnost dešifriranja ne mijenja tijekom vremena.
Radimo kvantnu distribuciju ključeva. To znači da distribuiramo ključ koji se treba koristiti za šifriranje informacija. Takav ključ se može ukrasti, ali mi pokušavamo uvesti paradigmu u kojoj to neće biti moguće. Ako tijekom distribucije netko upadne na naš kanal, uvijek ćemo to primijetiti. Ovo je osnova klasične paradigme kvantne kriptografije. To se postiže korištenjem pojedinačnih fotona.
Imaju tri svojstva. To su minimalne porcije energije, ne mogu se podijeliti pa onda, na primjer, ojačati. Ne mogu se kopirati. Nepoznato kvantno stanje ne može se kopirati, jer ga za to treba izmjeriti, a to se ne može učiniti bez uništavanja kvantnog stanja. Kad ga izmjerimo, on se sruši.
Zbog ovih svojstava, možete gledati na sposobnosti napadača - mi ga zovemo Eva (od eavesdropper) - sa drugačijeg gledišta. Kažemo da Evi dajemo sve što je moguće u granicama zakona fizike. Kvantna memorija, idealni detektori - mi nemamo ni blizu toga, ali im dajemo takve mogućnosti. Pa čak i imajući to na umu, kažemo da ona neće dobiti ključne podatke bez našeg znanja. Na tome je izvorno izgrađena paradigma kvantne kriptografije.
Ali sve je to dobro dokle god govorimo o pojedinačnim fotonima. Međutim, izvori pojedinačnih fotona prilično su hiroviti, spori i skupi, pa ih nitko ne koristi u ovom procesu. Svi koriste prigušeno lasersko zračenje.
Dmitrij: I kako se ovo može usporediti sa svojstvima o kojima ste govorili?
Anton: Mijenja paradigmu i pristup dokazivanju otpornosti. To je još uvijek izvediv zadatak, ali puno teži. U situaciji kada koristimo nešto što nije baš ono što bismo trebali u idealnim okolnostima, naime koherentna oslabljena stanja, moramo to uzeti u obzir u našim dokazima postojanosti. Mi to radimo, a cijeli svijet ide u tom smjeru.
Dmitrij: Uzima li ovaj pristup u obzir opremu na krajevima komunikacijskog kanala?
Anton: U početku je kvantna distribucija ključeva koristila aproksimacije poput ideje da Eva ne može ući u Alicine i Bobove kutije, već samo da ima pristup komunikacijskom kanalu. Ovo nije baš održiva aproksimacija. Danas postoji kvantno hakiranje. Kaže nam da je u optičkom vlaknu ili kvantnom kanalu sasvim moguće promijeniti "postavke" pomoću ekspozicije.
Ovaj smjer se uzima u obzir u pitanjima certifikacije. Imamo veliki laboratorij u Moskvi u kojem radi Vadim Makarov, vjerojatno najpoznatiji “kvantni haker” na svijetu. U drugim zemljama to vrlo aktivno rade. Ovo je ono na što sam ciljao. Kako Eva može ući u naše kutije više je inženjerski problem. Prije sam se smatrala znanstvenicom, pa mi je zanimljivo promatrati Evu iz druge perspektive. Na primjer, proučite kako ona može ući u komunikacijski kanal i ukrasti sve, a da mi to ne primijetimo. Radije ne radim za dobre dečke, Alice i Boba, već da istražujem moguće napade na sustave distribucije kvantnih ključeva.
Kratki uvod u kvantno hakiranje
vremenski kod -
Dmitrij: Možete li opisati karakteristike takvih napada?
Anton: Općeprihvaćene karakteristike podijeljene su u tri klase. Napadi čovjeka u sredini slični su klasičnim napadima čovjeka u sredini (MITM). Drugi tip je apstraktniji, kada Eva na neki način stupa u interakciju sa svakom česticom u našem kvantnom kanalu i pohranjuje rezultat takve interakcije u svoju kvantnu memoriju. Nakon toga čeka da se slože postupci koje Alice i Bob provode, dobiva još informacija, vrši mjerenja i tako dalje. To su kolektivni napadi, ali postoji i treća vrsta – još apstraktnija. Tamo je dodana procjena stvarnih parametara.
Za drugu vrstu napada, pretpostavljamo da Alice i Bob međusobno dijele beskonačan broj bitova. U stvarnosti je to nemoguće, a čim prijeđemo na konačne količine, počinju se pojavljivati statističke fluktuacije. Možda idu na ruku Evi. Koherentni napadi također uzimaju u obzir ograničenost resursa. Ovo je složena stvar i nemaju svi kvantni protokoli za distribuciju ključeva tako opsežan dokaz sigurnosti.
Važno je razumjeti da mi prenosimo ključne bitove i formiramo ključeve. Kako ćete ih dalje koristiti ovisi o vama. Ovdje dolazi do problema s kriptografijom. Ako uzmete moderne algoritme kao što je asimetrična enkripcija, koristite samo ove ključeve, nema koristi. Jedina metoda za osiguranje otpora je blok za šifriranje. Onda nema pitanja, ali za ovo morate svaki put generirati ključeve i mijenjati ih za svaku poruku. Ovo je složen proces.
Bit kvantne distribucije ključeva je da za sve Evine napade možemo dodijeliti takav volumen distribuiranih bitova da će samo Alice i samo Bob znati. Eve neće znati za njega. To je glavni cilj našeg rada. Ali zanima me osmisliti takve napade kako bi Alice i Bob bili sigurni u svoju sigurnost, a Eve bi sve organizirala tako da zaobiđe zaštitu.
Ne možete samo uzeti i ne ometati svoje kolege
vremenski kod -
Dmitrij: Ispada da takav rad na čelu lako može poništiti rezultate kolega u međunarodnoj zajednici?
Anton: ta, kanadski seminar o kojem ste govorili je upravo ono o čemu se radi. Tamo sam rekao da smo upravo to napravili, što je izazvalo salvu negativnosti. Objašnjivo je. Ljudi se dvadeset i pet godina bave znanošću, a onda netko dođe i kaže da njihovi rezultati nisu bili sasvim točni. Također pokazuje kako će se to učiniti ispravno. Bilo je to vrlo arogantno od mene. Ali vjerujem da smo uspjeli napraviti napad koji mnogi niti ne razmatraju niti uzimaju u obzir.
Dmitrij: Možete li govoriti o tome i opisati to barem općenito?
Anton: Da naravno. Smiješno je to što je ovo napad otmice i naprijed - najjednostavniji koji se može sjetiti. Samo što je nešto modificirano i komplicirano, kako bih rekao. Danas, kada se gleda dokaz postojanosti, ljudi kažu da svi kvantni kanali jednostavno opisuju preraspodjelu informacija između Alice, Boba i Eve.
Ono što je važno je da se u ovom slučaju sva mjerenja kvantnih stanja događaju nakon ove distribucije. Predlažemo opisati kvantni kanal na takav način da sadrži dimenziju u odnosu na koju se stanja mijenjaju i nameću Bobu. Relativno govoreći, imamo nešto u sredini kanala, pokušava razlikovati stanja, ono što razlikuje šalje Bobu, ono što ne razlikuje to blokira. Dakle, sve što dolazi Bobu poznato je Evi. Čini se kao očita ideja, ali iz nekog razloga nitko u svijetu ne govori o tome.
Dmitrij: I pokazali ste teoretsku mogućnost izvođenja takvog napada.
Anton: Da, pričao sam o tome u Torontu. Imali smo vrlo burne rasprave s ljudima koji se ovim poslom bave otkad sam ja živ. Bilo je zanimljivo, vrlo korisno iskustvo.
Zašto je važno ne žuriti s metodama zaštite objavljivanja
vremenski kod -
Dmitrij: Da upotrijebimo osnovnu analogiju s virusom i antivirusom, vaše polje djelovanja i koncept uključuje proces u obliku slova T koji se udaljava od putanje utrke jednog za drugim. Možemo li reći da će takav pristup stvoriti nove hrpe problema i oni će se morati rješavati na drugim planovima, a ne samo na jednom kao sada?
Anton: Vrlo pošteno pitanje. Ovdje moram biti jasan. Naravno, više me zanima smišljanje načina napada. Ali svi radimo na polju kvantne distribucije ključeva, za to smo plaćeni i zapravo ne želimo sami sebi gurati žbice. Logično je. Kada smislite novi napad na sustave distribucije kvantnih ključeva, bilo bi lijepo smisliti neku vrstu protumjera. Uspjeli smo, pronašli smo način da se nosimo s tim. Nije najtrivijalniji, ali postoji. Moguće je pokriti takve probleme, ali drugo je pitanje da kada ljudi ne govore o problemima, očito je da ih ne vode računa. To znači da nemaju protumjere.
Na fotografiji:
Dmitrij: Je li ovaj pristup neka vrsta neizgovorenog kodeksa u vašoj zajednici?
Anton: Da, ali mislim da nije u redu nuditi rješenje. Važno je pokrenuti problem. Onda netko može pronaći sporedna rješenja osim onoga što vi imate. Ako objavite sve odjednom, ljudi će uzeti ono što je spremno i neće biti razvoja misli.
Dmitrij: Može li se onda reći da je vaše rješenje možda nešto poput beta verzije, a negdje u rukavu možda postoji nešto još zanimljivije što ste sačuvali za sebe?
Anton: Možda.
Malo o interakciji s regulatornim organizacijama
vremenski kod -
Dmitrij: Ovo područje privlači pozornost svih vrsta regulatornih tijela i obavještajnih agencija. Oduzima li sve to vremena u smislu koordinacije bilo kakvog razvoja?
Anton: Vrlo dobro pitanje! Pokušat ću odgovoriti što je više moguće evanzivnije. To oduzima značajan dio vremena koji bi se mogao potrošiti na istinski znanstvene projekte. Ali razumijem zašto je to važno.
Dmitrij: Baš kao i s certifikacijom o kojoj smo ranije govorili. Jednostavno ne možete unajmiti pomoćnika koji će komunicirati umjesto vas. Moraju li znanstvenici objasniti nijanse izravno svim regulatornim organizacijama i pomoći im da to shvate?
Anton: Da, upravo to. Ovo je pravi pristup. Nitko ne može bolje od vas samih objasniti što ste učinili. Ako to ne možete učiniti, postavljaju se pitanja o stvarnosti vaših postignuća. Ali da postoji prilika baviti se samo znanošću, radije bih se bavio samo znanošću. Ali sve je to važan dio našeg posla koji također radimo.
Dmitrij: Imate li vremena za osobne projekte?
Anton: Složeno pitanje. Nađemo vremena i radimo sporedne stvari. To su fundamentalniji problemi. Uzmimo, na primjer, kvantnu teleportaciju - na primjer, pripremamo publikaciju o ovoj temi. Uzimamo druge probleme, nešto iz kvantne optike, iz kvantne teorije informacija. Ovo su zanimljive stvari. Trudimo se naći vremena, jer je život bez njega potpuno dosadan. Nemoguće je riješiti samo papirologiju. Moramo se baviti i znanošću.
O razlikovanju temeljne i primijenjene znanosti
vremenski kod -
Dmitrij: Ako pokušate procijeniti stopu promjene u vašem području, obujam znanstvenih publikacija. Kako to utječe na vaš rad i zanimanje za srodne industrije?
Anton: Naše područje je vruća tema. Izlazi divlja količina članaka. Čak je i broj doista relevantnih članaka ogroman. Teško ih je sve pratiti, jednostavno nemoguće.
Dmitrij: Postoji li jaka ovisnost o ovom procesu praćenja? Ili su vaši projekti dovoljno izolirani da pogode metu bez ometanja?
Anton: Izolacija je prije minus. Kad kuhate u vlastitom soku, prestajete primjećivati greške. Možda mislite da sve radite kako treba, ali negdje se uvlači temeljna pogreška koju propuštate. Dobro je kad na svijetu postoje ljudi koji rade slične stvari. Ako možete donekle postići slične stvari, onda idete u pravom smjeru. Ako se rezultati razlikuju, to je razlog da se porazgovara i utvrdi tko je u pravu.
Dmitrij: Ali radnja se odvija u relativno zatvorenom krugu ljudi? Nisu li to stotine ljudi?
Anton: Pošteno, ali ne uvijek. U našoj grupi dokazivanjem ustrajnosti sudjeluju tri osobe: ja, kolega i naš znanstveni voditelj. Ako uzmemo šira područja – kvantnu optiku, teoriju informacija – ima nas pet. Ako govorimo o kvantnim sustavima distribucije ključeva, postoje ljudi u Moskvi, Novosibirsku, Kazanu. Ali u Europi i SAD-u to su velike teorijske skupine.
Dmitrij: Što karakterizira ovu razliku u razmjeru?
Anton: To su različiti načini razvoja znanosti. Naš je drugačiji od europskog. Znanost ovdje ide putem primijenjenih istraživanja, koja su upravo sada potrebna i relevantna. Ne osuđujem ovakav pristup, ali ga smatram ne baš znanstvenim. Više me se dojmila zapadna - jasna razlika između fundamentalne i primijenjene znanosti. Kad nema potrebe zahtijevati bilo kakve praktične rezultate od temeljne znanosti upravo sada. Zato je temeljno, da se ne bavimo primijenjenim stvarima.
Konkretno, povratak u Zürich. Riječ je o velikom institutu koji se bavi isključivo fundamentalnim istraživanjima. Ljudi proučavaju stvari koje nam objašnjavaju osnove svemira i pomažu nam da ih bolje razumijemo. Dolaze tamo jer je to ono što žele raditi. Za nas je interes popraćen potrebom, potrebom da radimo nešto drugo u trenutku. Stoga postoji tolika razlika u percepciji i razvoju. To su dva potpuno različita puta.
Dmitrij: Ovisi li ta potreba o horizontu planiranja kontrolirajuće organizacije, znanstvene zajednice ili nečeg drugog?
Anton: To regulira tko dodjeljuje novac. Tko plaća, taj zove. Vidimo veliki interes za posjedovanje neke opreme ovdje i sada. U Europi postoje fondovi usmjereni na temeljna istraživanja. Ovisi o onima koji daju novac.
Ostale epizode našeg podcasta na Habréu:
Izvor: www.habr.com