Anton Kozubov részt vett a harmadik epizódban, elméleti csoport . Munkásságáról és az iparág sajátosságairól beszélgettünk.
Audio verzió: · · · · .
A képen:
Néhány szó az iparág sajátosságairól
Időkód -
: Amennyire én tudom, nagyon speciális témákkal foglalkozol.
Anton: Igen, van ilyen vélemény, de igyekszünk áttérni az alapvetőbb dolgokra. Bár egyre többen érdeklődnek a kvantumkriptográfia iránt, nem ez a tudomány legforróbb területe. Itt van egy jó alap, de a technológia már elérte a mérnöki fejlesztési szakaszt.
Minden a múlt század 80-as éveiben kezdett fejlődni, és tudományos mércével mérve elég sok idő telt el. A tudósok az elmélettől és a kísérletektől a tényleges makettek és teljesen működő eszközök felé mozdultak el. Ilyen rendszerek régóta léteznek Svájcban, ahol az ID Quantique működik. 2005-ben vagy 2006-ban indultak, és ebben az évtizedben kezdtek el kvantumkriptográfiai rendszereket szállítani svájci és osztrák bankoknak. Ez már nem a jövő technológiája.
Sok kérdés maradt még az ilyen rendszerek titkosságának bizonyításával kapcsolatban. Ezt csináljuk leginkább ezen a területen. De az alapelveket már levezették.
Dmitrij: Meg tudná mondani, mi késztette a szakembereket arra, hogy részletesen tanulmányozzák ezt a területet? Hogyan írták le a kezdeti problémákat és kihívásokat, amelyekkel szembesültek?
Anton: Ez egy vicces történet. Mint a tudományban mindig, egyszerűen azért kezdtük el tanulmányozni a témát, mert érdekessé vált. Nem volt különösebb cél. Akkoriban úgy tartották, hogy ez egy abszolút biztonságos adatátviteli mód, és akkoriban valóban fejlettnek számított. Az információbiztonság témaköre egyre aktuálisabbá vált, de ezen túlmenően arra a következtetésre is jutottunk, hogy különféle kvantumeffektusokkal is lehet új típusú számítógépet létrehozni. Nagyon érdekes képességekkel rendelkeznek, beleértve a meglévő kriptográfia feltörésének képességét.
Dmitrij: Védelmi kérdések korábban is felmerültek, például a hidegháború idején. De vajon ennek az iparágnak a kezdete közel volt a viszonylag tömeges hálózatok megjelenéséhez?
Anton: Igazad van. Ebből a szemszögből is lehet nézni. De az a vicces, hogy a kvantumkriptográfia területét két olyan ember fedezte fel, akik inkább az informatikai területhez kapcsolódnak. Egy informatikai konferencián mutatták be első, az alapelveket ismertető munkájukat. Szóval igen, onnan jön.
Dmitrij: Hogyan került erre a pályára? Mi volt a motivációd?
Anton: Őszintén szólva hasonló volt – érdekes volt. De kezdetben nem mentem bele a kvantumkriptográfiába. -vel kezdődött . Kiderült, hogy az ebben a témában felmerülő problémák nem annyira relevánsak a laboratóriumi igények szempontjából, ezért áttértem a kvantumkriptográfiára. De csak egy dolgot csinálni nem különösebben érdekes, és számos, egymással összefüggő terület is van, ezért nem beszélhetünk tevékenységeink erősen specializált jellegéről.
Lehetőségek a kapcsolódó területek tudósai számára
Időkód -
Dmitrij: On elmondhatjuk, hogy az emberek meglehetősen szűk köre érintett ebben a témában. Meg tudná becsülni a szakterületén dolgozó szakemberek számát? Vagy ez még mindig nagyon zárt klub?
Anton: Zárt, de csak a viszonylag elit részében. Nagyon sok ember foglalkozik a világon a kvantuminformációs elmélettel annak különféle megnyilvánulásaiban. Fogalmam sincs, hogyan becsüljem meg a számukat, de határozottan több mint harmincan voltak jelen a konferencián.
Szerintem ez még egy ezrelék sem. Sokan azért mennek, mert ez a tudomány egyik legfejlettebb területe. Minden vezető intézet rendelkezik a kvantuminformációelmélet vagy a kvantumoptika és ehhez kapcsolódó dolgok. Más kérdés, hogy hányan merülnek el egy olyan speciális résben, mint a kvantumkriptográfiai rendszerek erejének bizonyítása.
Ez a közösség kisebb, de még mindig kiterjedt. A konferencián részt vevők nem mind vezető szakértők voltak ezen a területen. Körülbelül száz van belőlük szerte a világon. A kvantumkriptográfiai rendszerek erejének bizonyítékai nemrég, a 2000-es évek elején jelentek meg. Az ezen a területen dolgozók korábban mást is csináltak. Például kvantumoptika, alapkutatás. Még mindig aktuálisak. Fizikából érkeztek területünkre.
Vannak olyanok is, akik a klasszikus információelméletből vagy a matematikából származnak. Az ellenállás bizonyítékainak értékelésében a különféle entrópiák döntő szerepet játszanak. Hol máshol használják - a termodinamikában. Azok az emberek, akik értik a kvantumentrópiák működését az információelméletben, alkalmazni tudják tudásukat a kvantumtermodinamika területén. A terület egyik vezető tudósa, a zürichi Renato Renner a kvantuminformáció-elméletet tanulmányozza ott, Santa Barbarában pedig előadásokat tart a kvantum termodinamikáról.
Milyen kihívásokkal néz szembe a közösség?
Időkód -
Dmitrij: Milyen kérdéseken dolgozol ma? Milyen kihívások állnak az élen? Mi jelenti most azt a lécet, amelyet tovább kell mozdítani?
Anton: Két különböző oldalról beszélhetünk erről. Szerintem az alkalmazott rész kevésbé érdekes. A kvantumkulcs-eloszlás már elérte az ipari méreteket, de mindenki szeretné megérteni, hogyan teheti meg, hogy kvantumeloszlással van dolga, és nem valami mással. Ehhez a berendezések tanúsítása szükséges, így a szakosított szabványok kialakítása a mérnöki rész mellett az egyik fő probléma a világon. Ezen a területen a vezető tudósok többsége erre fordítja erőfeszítéseit.
Tevékenységünk második aspektusa a rendszerek rugalmasságának bizonyítása. A klasszikus kriptográfia azon a feltételezésen alapul, hogy a támadónak egyszerűen nincs elegendő számítási teljesítménye az adatok visszafejtéséhez, amíg azok még érvényesek. De könnyen lehet, hogy az ilyen feltételezések nem mindig helytállóak, ezért át kell lépnünk egy másik adatvédelmi paradigmára – annak biztosítására, hogy a visszafejtési képesség ne változzon az idő múlásával.
Kvantumkulcs-elosztást végzünk. Ez azt jelenti, hogy kiosztjuk az információ titkosításához használandó kulcsot. Egy ilyen kulcsot el lehet lopni, de próbálunk olyan paradigmát bevezetni, amelyben ez nem lesz lehetséges. Ha a terjesztése során valaki behatol a csatornánkra, azt mindig észrevesszük. Ez az alapja a kvantumkriptográfia klasszikus paradigmájának. Ezt egyetlen foton használatával érik el.
Három tulajdonságuk van. Ezek az energia minimális részei, nem oszthatók szét, majd például megerősíthetők. Nem másolhatók. Ismeretlen kvantumállapotot nem lehet lemásolni, mert ehhez mérni kell, és ezt nem lehet megtenni a kvantumállapot tönkretétele nélkül. Ha megmérjük, összeesik.
Ezeknek a tulajdonságoknak köszönhetően egy támadó képességeit – mi Eve-nek hívjuk (lehallgatóból) – más szemszögből tekintheti meg. Azt mondjuk, hogy mindent megadunk Évának, ami a fizika törvényeinek határain belül lehetséges. Kvantummemória, ideális detektorok – ennek a közelébe sem jutunk, de adunk neki ilyen lehetőségeket. És még ezt szem előtt tartva is azt mondjuk, hogy nem fogja megkapni a legfontosabb adatokat anélkül, hogy tudnánk róla. Eredetileg erre épült a kvantumkriptográfiai paradigma.
De ez mind jó, amíg egyetlen fotonról beszélünk. Az egyes fotonok forrásai azonban meglehetősen szeszélyesek, alacsony sebességűek és drágák, ezért senki sem használja őket ebben a folyamatban. Mindegyik gyengített lézersugárzást használ.
Dmitrij: És ez miben hasonlít azokhoz az ingatlanokhoz, amelyekről beszélt?
Anton: Megváltoztatja a reziliencia bizonyításának paradigmáját és megközelítését. Ez még megvalósítható feladat, de sokkal nehezebb. Abban a helyzetben, amikor olyasmit használunk, amire ideális körülmények között nem éppen szükségünk lenne, nevezetesen koherens legyengült állapotokat, ezt figyelembe kell vennünk a kitartás bizonyítása során. Mi ezt tesszük, és az egész világ ebbe az irányba halad.
Dmitrij: Ez a megközelítés figyelembe veszi a kommunikációs csatorna végén található berendezéseket?
Anton: Kezdetben a kvantumkulcs-eloszlás olyan közelítéseket használt, mint például az az elképzelés, hogy Eve nem tud bejutni Alice és Bob dobozába, hanem csak a kommunikációs csatornához fér hozzá. Ez nem túl életképes közelítés. Manapság van kvantumhackelés. Azt mondja, hogy egy optikai szálban vagy kvantumcsatornában teljesen lehetséges a „beállítások” megváltoztatása expozíció segítségével.
Ezt az irányt figyelembe veszik a tanúsításnál. Van egy nagy laboratóriumunk Moszkvában, ahol Vadim Makarov, valószínűleg a világ leghíresebb „kvantumhackere” dolgozik. Más országokban nagyon aktívan csinálják ezt. Erre törekedtem. Hogy Eve hogyan tud bejutni a dobozainkba, az inkább mérnöki probléma. Korábban tudósnak tartottam magam, ezért érdekes számomra Évát más szemszögből nézni. Például vizsgálja meg, hogyan tud bejutni a kommunikációs csatornába, és ellopni mindent anélkül, hogy észrevennénk. Inkább nem a jófiúknak, Alice-nek és Bobnak dolgozom, hanem a kvantumkulcs-elosztó rendszerek elleni lehetséges támadások feltárására.
Rövid bevezetés a kvantumhackelésbe
Időkód -
Dmitrij: Le tudná írni az ilyen támadások jellemzőit?
Anton: Az általánosan elfogadott jellemzők három osztályba sorolhatók. A középső támadások hasonlóak a klasszikus man-in-the-middle (MITM) támadásokhoz. A második típus absztraktabb, amikor Éva valamilyen módon kölcsönhatásba lép a kvantumcsatornánk minden egyes parcellájával, és eltárolja az ilyen interakció eredményét a kvantum memóriájában. Ezt követően megvárja, hogy az Alice és Bob által végrehajtott eljárások megegyezzenek, még több információt kap, méréseket végez stb. Ezek kollektív támadások, de van egy harmadik típus is – még elvontabb. Itt található a valós paraméterek értékelése.
A második típusú támadásnál feltételezzük, hogy Alice és Bob végtelen számú biten osztozik. A valóságban ez lehetetlen, és amint véges mennyiségekre megyünk, statisztikai ingadozások kezdenek megjelenni. Lehet, hogy Eve kezére játszanak. A koherens támadások az erőforrások végességét is figyelembe veszik. Ez egy összetett dolog, és nem minden kvantumkulcs-elosztási protokoll rendelkezik ilyen átfogó biztonsági bizonyítékkal.
Fontos megérteni, hogy kulcsbiteket továbbítunk és kulcsokat formálunk. Hogy hogyan használod őket tovább, az rajtad múlik. Itt jönnek szóba a kriptográfiai problémák. Ha olyan modern algoritmusokat veszünk, mint az aszimmetrikus titkosítás, pusztán ezeket a kulcsokat használjuk, akkor semmi értelme. Az ellenállás biztosításának egyetlen módja a titkosító pad. Ezután nincsenek kérdések, de ehhez minden alkalommal kulcsokat kell generálnia, és minden üzenethez módosítania kell őket. Ez egy összetett folyamat.
A kvantumkulcs-elosztás lényege, hogy Eve összes támadásához olyan mennyiségű elosztott bitet tudunk lefoglalni, amelyet csak Alice és csak Bob tud. Eve nem fog tudni róla. Ez a munkánk fő célja. De érdekel az ilyen támadások kidolgozása, hogy Alice és Bob biztosak legyenek a biztonságukban, és Eve mindent úgy intézzen, hogy megkerülje a védelmet.
Nem lehet csak úgy venni, hogy nem zavarja a kollégáit
Időkód -
Dmitrij: Kiderült, hogy egy ilyen élen végzett munka könnyen érvénytelenítheti a nemzetközi közösségben dolgozó kollégák eredményeit?
Anton: Ta, a kanadai szeminárium, amiről beszéltél, pontosan erről szól. Ott azt mondtam, hogy pontosan ezt tettük, ami negatívumot váltott ki. Megmagyarázható. Az emberek huszonöt éve foglalkoznak tudományokkal, aztán jön valaki, és azt mondja, hogy az eredményeik nem voltak teljesen helyesek. Azt is mutatja, hogyan kell helyesen csinálni. Nagyon arrogáns volt tőlem. De úgy gondolom, hogy olyan támadást tudtunk végrehajtani, amelyet sokan nem is gondolnak, és nem is vesznek figyelembe.
Dmitrij: Tudna beszélni róla és legalább általánosságban leírni?
Anton: Igen, persze. A vicces az, hogy ez egy eltérítő támadás – a legegyszerűbb, ami eszedbe jut. Csak ez némileg módosított és bonyolult, ahogy én mondanám. Ma, amikor a kitartás bizonyítékait nézik, az emberek azt mondják, hogy minden kvantumcsatorna egyszerűen leírja az információ újraelosztását Alice, Bob és Eve között.
Az a fontos, hogy ebben az esetben a kvantumállapotok összes mérése ezen eloszlás után történik. Javasoljuk, hogy egy kvantumcsatornát írjunk le oly módon, hogy tartalmazzon egy dimenziót, amelyhez képest az állapotok megváltoznak, és rá vannak kényszerítve Bobra. Relatív értelemben van valami a csatorna közepén, megpróbál különbséget tenni az állapotok között, amit megkülönböztet, azt elküldi Bobnak, amit nem, azt blokkolja. Így Eve mindent tud, ami Bobhoz érkezik. Nyilvánvaló ötletnek tűnik, de valamiért a világon senki nem beszél róla.
Dmitrij: És megmutattad az elméleti lehetőségét egy ilyen támadás végrehajtásának.
Anton: Igen, beszéltem erről Torontóban. Nagyon heves megbeszéléseket folytattunk azokkal az emberekkel, akik mióta élek ezen a területen. Érdekes volt, nagyon hasznos tapasztalat.
Miért fontos, hogy ne kapkodjuk el a publikációs védelmi módszereket?
Időkód -
Dmitrij: A vírussal és az antivírussal való alapvető analógiával élve, az Ön tevékenységi területe és koncepciója egy T-alakú folyamatot foglal magában, távol az egymás utáni faj pályájától. Mondhatjuk-e, hogy egy ilyen megközelítés újabb problémakötegeket hoz létre, amelyeket más síkon kell majd megoldani, nem csak az egyiken, mint most?
Anton: Nagyon jogos kérdés. Itt tisztának kell lennem. Természetesen jobban érdekel a támadási módok kitalálása. De mindannyian a kvantumkulcs-elosztás területén dolgozunk, pénzt kapunk érte, és nem igazán akarunk küllőt rakni a saját kerekeinkbe. Ez logikus. Amikor új támadással állunk elő a kvantumkulcs-elosztó rendszerek ellen, jó lenne valamiféle ellenintézkedéssel előrukkolni. Megcsináltuk, megtaláltuk a megoldást. Nem a legtriviálisabb, de létezik. Le lehet fedni az ilyen problémákat, de más kérdés, hogy amikor az emberek nem beszélnek a problémákról, akkor nyilvánvaló, hogy nem veszik őket figyelembe. Ez azt jelenti, hogy nincs ellenintézkedésük.
A képen:
Dmitrij: Ez a megközelítés valamiféle kimondatlan kód a közösségedben?
Anton: Igen ám, de nem tartom helyesnek megoldást ajánlani. Fontos felvetni a kérdést. Akkor valaki tud mellékes megoldásokat találni azon kívül, ami neked van. Ha mindent egyszerre tesz közzé, az emberek azt veszik, ami készen van, és nem lesz gondolatfejlődés.
Dmitrij: Nyugodtan kijelenthető, hogy a megoldás valami béta verzió, és valahol a tarsolyában lehet valami még érdekesebb, amit elmentett magának?
Anton: Valószínűleg.
Egy kicsit a szabályozó szervezetekkel való interakcióról
Időkód -
Dmitrij: Ez a terület mindenféle szabályozó hatóság és hírszerző ügynökség figyelmét felkeltette. Időbe telik mindez a fejlesztések koordinálása szempontjából?
Anton: Nagyon jó kérdés! Megpróbálok a lehető legkitérőbben válaszolni. Ez az idő jelentős részét foglalja el, amelyet valóban tudományos projektekre lehetne fordítani. De megértem, miért fontos.
Dmitrij: Csakúgy, mint a minősítésnél, amiről korábban beszéltünk. Egyszerűen nem bérelhet olyan asszisztenst, aki kommunikál helyetted. A tudósoknak közvetlenül el kell magyarázniuk az árnyalatokat az összes szabályozó szervezetnek, és segíteniük kell őket kitalálni?
Anton: Igen, pontosan erről van szó. Ez a helyes megközelítés. Senki sem tudja jobban elmagyarázni, mint te magad, amit tettél. Ha ezt nem tudja megtenni, kérdések merülnek fel az elért eredményeivel kapcsolatban. De ha lehetőség nyílna arra, hogy csak tudományt csináljak, akkor inkább csak tudományt csinálnék. De mindez fontos része a munkánknak, amit mi is végzünk.
Dmitrij: Van időd személyes projektekre?
Anton: Komplex probléma. Időt találunk és mellékes dolgokat csinálunk. Ezek alapvetőbb problémák. Vegyük például a kvantumteleportációt – például kiadványt készítünk erről a témáról. Más problémákat veszünk át, valamit a kvantumoptikából, a kvantuminformációelméletből. Érdekes dolgok ezek. Igyekszünk időt találni, mert nélküle teljesen unalmas az élet. Lehetetlen egyedül megbirkózni a papírmunkával. Tudományozni is kell.
Az alap- és alkalmazott tudomány megkülönböztetéséről
Időkód -
Dmitrij: Ha megpróbálja megbecsülni a változás mértékét a szakterületén, a tudományos publikációk mennyiségét. Hogyan befolyásolja a munkáját és a kapcsolódó iparágak iránti érdeklődését?
Anton: Területünk forró téma. Vad mennyiségű cikk jelenik meg. Még az igazán releváns cikkek száma is óriási. Nehéz mindegyiket követni, egyszerűen lehetetlen.
Dmitrij: Van-e erős függőség ettől a követési folyamattól? Vagy a projektjei elég elszigeteltek ahhoz, hogy zavaró tényezők nélkül elérjék a célt?
Anton: Az elszigeteltség inkább mínusz. Amikor a saját levében pörkölt, nem vesz észre hibákat. Lehet, hogy azt gondolja, hogy mindent jól csinál, de valahol egy alapvető hiba kúszik be, amit hiányol. Jó, ha vannak a világon, akik hasonló dolgokat csinálnak. Ha valamilyen szinten hasonló dolgokat tudsz elérni, akkor jó irányba haladsz. Ha az eredmények eltérnek, ez ok arra, hogy beszélgessünk és derítsük ki, kinek van igaza.
Dmitrij: De a munka viszonylag zárt körben zajlik? Nem több száz emberről van szó?
Anton: Igazságos, de nem mindig. Csoportunkban hárman veszünk részt a kitartás bizonyításában: én, kollégám és tudományos témavezetőnk. Ha tágabb területeket veszünk – kvantumoptika, információelmélet –, akkor öten vagyunk. Ha kvantumkulcs-elosztó rendszerekről beszélünk, Moszkvában, Novoszibirszkben, Kazanyban vannak emberek. De Európában és az USA-ban ezek nagy elméleti csoportok.
Dmitrij: Mi jellemzi ezt a léptékbeli különbséget?
Anton: Ezek a tudomány fejlesztésének különböző módjai. A miénk különbözik az európaitól. A tudomány itt az alkalmazott kutatás útját követi, amelyre jelenleg szükség van és releváns. Nem ítélem el ezt a megközelítést, de nem tartom túl tudományosnak. Engem jobban lenyűgöz a nyugati – egyértelmű különbségtétel az alap- és az alkalmazott tudomány között. Amikor most nincs szükség gyakorlati eredményeket követelni az alaptudománytól. Ezért alapvető, nehogy alkalmazott dolgokkal foglalkozzunk.
Különösen visszatérve Zürichbe. Ez egy nagy intézet, amely kizárólag alapkutatásokkal foglalkozik. Az emberek olyan dolgokat tanulmányoznak, amelyek elmagyarázzák nekünk az univerzum alapjait, és segítenek jobban megérteni őket. Azért jönnek oda, mert ezt akarják csinálni. Nálunk az érdeklődést a szükséglet kíséri, az az igény, hogy a pillanatban valami mást tegyünk. Ezért van ekkora különbség a felfogásban és a fejlődésben. Ez két teljesen különböző út.
Dmitrij: Ez az igény az irányító szervezet tervezési horizontjától, a tudományos közösségtől vagy valami mástól függ?
Anton: Ezt az szabályozza, hogy ki osztja ki a pénzt. Aki fizet, az hívja a dallamot. Nagy érdeklődést látunk az iránt, hogy itt és most rendelkezzünk néhány felszereléssel. Európában vannak alapkutatást célzó alapok. Azon múlik, akik pénzt adnak.
A Habré című podcastunk további epizódjai:
Forrás: will.com