🥇ポッドキャスト: 量子ハッキングと鍵配布

アントン・コズボフは第XNUMX話に参加しました。頭理論派量子プロセスと計測研究室。私たちは彼の仕事と業界の詳細について話し合いました。

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業界の特徴について一言

タイムコード - 00:16

ドミトリカバノフ: 私の知る限り、あなたは高度に専門的なトピックを扱っています。

アントン： 確かにそういう意見はありますが、我々はもっと根本的なところに進もうとしています。量子暗号の分野に興味を持つ人はますます増えていますが、科学の中で最も注目されている分野ではありません。ここには優れた基盤がありますが、テクノロジーはすでに開発のエンジニアリング段階に達しています。

すべては前世紀の 80 年代に発展し始め、科学的な基準からすると、かなりの時間が経過しました。科学者は理論や実験から実際のモックアップや完全に機能するデバイスに移行しました。このようなシステムは、ID Quantique が事業を展開しているスイスでは古くから存在しています。彼らは 2005 年か 2006 年にサービスを開始し、この XNUMX 年間でスイスとオーストリアの銀行に量子暗号システムを供給し始めました。これはもはや未来のテクノロジーではありません。

このようなシステムの秘密性を証明するという点では、まだ多くの疑問が残っています。これが私たちがこの分野で最も行っていることです。しかし、基本的な原理はすでに推定されています。

ドミトリー： 専門家がこの分野を詳しく研究するようになったきっかけを教えていただけますか? 彼らは最初に直面した問題や課題をどのように説明しましたか?

アントン： 面白い話ですね。科学ではいつもそうなのですが、私たちは単に興味が湧いたという理由だけでそのテーマを研究し始めました。特に目標はありませんでした。当時、これは絶対に安全なデータ送信方法であると信じられており、当時としては本当に先進的でした。情報セキュリティの話題はますます重要になってきましたが、それに加えて、さまざまな量子効果を利用して新しいタイプのコンピュータを作成できるという結論にも達しました。これらは、既存の暗号化を解読する機能など、非常に興味深い機能を備えています。

ドミトリー： 保護の問題は、たとえば冷戦時代などに以前にも発生した。しかし、この業界の始まりは、比較的大規模なネットワークの出現に近かったのでしょうか?

アントン： あなたが正しい。この観点から見ることもできます。しかし、面白いのは、量子暗号の分野は、IT 分野に関係のある XNUMX 人の人物によって発見されたということです。彼らは、基本原理を説明した最初の研究を IT カンファレンスで発表しました。はい、そこから来ています。

ドミトリー： どのようにしてこの分野に入ったのですか？あなたのモチベーションは何でしたか？

アントン： 率直に言って、似ていて面白かったです。しかし、最初は量子暗号には興味がありませんでした。から始まりました量子テレポーテーション。このトピックに関する問題は研究室のニーズにはあまり関係がないことが判明したため、量子暗号に切り替えました。しかし、一つのことをやっているだけでは面白くないし、関連する分野も多く、専門性の高い活動とは言えません。

関連分野の科学者にとっての機会

タイムコード - 06:24

ドミトリー： 上のカナダのカンファレンスへの参加に関するメモこのトピックに関与しているのはかなり限られた人々であると言えます。あなたの分野の専門家の数を推定していただけますか? それともまだ非常に閉鎖的なクラブなのでしょうか？

アントン： 閉鎖されていますが、比較的エリートな部分のみです。世界には、さまざまな形で量子情報理論に関わっている人がたくさんいます。その数をどう見積もるかは分かりませんが、会議に出席していたのは間違いなく XNUMX 人以上です。

これは全体のXNUMX分のXNUMXにも満たないと思います。これは科学の最も進んだ分野のXNUMXつであるため、多くの人が行きます。すべての主要な研究機関は、研究室量子情報理論または量子光学とそれに関連するもの。もう XNUMX つの疑問は、量子暗号システムの強度を証明するなどの特殊な分野にどれだけの人が夢中になっているのかということです。

このコミュニティは小規模ですが、それでも広範です。会議の出席者全員がこの分野の第一人者だったわけではありません。それらは世界中に約2000個あります。量子暗号システムの強さの証拠は、XNUMX 年代初頭に最近明らかになりました。この分野で働いている人は、以前は他の仕事をしていました。例えば、量子光学、基礎研究。それらは今でも関連性があります。彼らは物理学から私たちの領域にやって来ました。

古典的な情報理論や数学から来た人もいます。抵抗力の証拠を評価する際には、さまざまな種類のエントロピーが決定的な役割を果たします。他にどこで使用されるか - 熱力学です。情報理論における量子エントロピーの仕組みを理解している人は、その知識を量子熱力学に応用できます。この分野の第一人者科学者の一人、チューリッヒ出身のレナート・レンナーは、そこで量子情報理論を研究し、サンタバーバラでは量子熱力学の講義を行っている。

コミュニティはどのような課題に直面していますか?

タイムコード - 10:37

ドミトリー： 今日はどんな質問に取り組んでいますか? 最前線での課題は何ですか? さらに移動する必要があるバーは何でしょうか?

アントン： これについては XNUMX つの異なる側面から話すことができます。私の意見では、応用部分はあまり面白くありません。量子鍵配布はすでに産業規模に達していますが、他のものではなく量子鍵配布を扱っていることを確認する方法を誰もが理解したいと考えています。これを行うには機器の認証が必要となるため、エンジニアリングの部分に加えて、専門的な規格の開発が世界の主要な問題のXNUMXつとなっています。この分野の主要な科学者のほとんどは、これに向けて努力を注いでいます。

私たちの活動の XNUMX 番目の側面は、システムの回復力を証明することです。従来の暗号化は、攻撃者にはデータがまだ有効な間に復号化するのに十分な計算能力がないという前提に基づいています。しかし、そのような仮定が必ずしも正しいとは限らないため、復号化機能が時間の経過とともに変化しないようにするために、別のデータ保護パラダイムに移行する必要があります。

量子鍵配布を行っています。これは、情報の暗号化に使用する必要のあるキーを配布することを意味します。このような鍵は盗まれる可能性がありますが、私たちはそれが不可能になるパラダイムを導入しようとしています。配信中に誰かが私たちのチャンネルに侵入した場合、私たちは常にそれに気づきます。これは、量子暗号の古典的なパラダイムの基礎です。これは単一光子を使用することで実現されます。

それらには XNUMX つのプロパティがあります。これらはエネルギーの最小限の部分であり、分割して強化することはできません。コピーすることはできません。未知の量子状態はコピーできません。そのためには量子状態を測定する必要があり、量子状態を破壊することなくこれを行うことはできないからです。測ってみると崩れてしまう。

これらの特性により、攻撃者 (盗聴者からイブと呼びます) の能力を別の観点から見ることができます。私たちは物理法則の範囲内で可能な限りのすべてをイブに与えると言います。量子メモリ、理想的な検出器 - 私たちはそれに近いものさえ持っていませんが、私たちはそれにそのような機会を与えています。そして、これを念頭に置いても、私たちが知らないうちに彼女が重要なデータを受け取ることはないと私たちは言っています。これは、量子暗号パラダイムがもともと構築されたものです。

しかし、単一の光子について話している限り、これはすべて問題ありません。ただし、単一光子の源は非常に気まぐれで低速で高価であるため、このプロセスでは誰もそれを使用しません。すべては減衰レーザー放射を使用します。

ドミトリー： そして、これはあなたが話していたプロパティとどう比較されますか?

アントン： 回復力を証明するためのパラダイムとアプローチを変更します。これはまだ実現可能なタスクですが、はるかに困難です。理想的な状況で必要なものとはまったく異なるもの、つまりコヒーレントな弱体化状態を使用している状況では、永続性の証明でこれを考慮する必要があります。私たちはこれを実行しており、全世界がこの方向に向かっています。

ドミトリー： このアプローチでは、通信チャネルの末端の機器が考慮されていますか?

アントン： 当初、量子鍵の配布には、イブがアリスとボブのボックスに入ることができないが、通信チャネルにのみアクセスできるという考えなどの近似が使用されていました。これはあまり現実的な近似ではありません。今日、量子ハッキングがあります。彼は、光ファイバーや量子チャネルでは、露光を使用して「設定」を変更することがかなり可能であると語ります。

この方向性は認証に関して考慮されます。私たちはモスクワに大きな研究所を持っており、おそらく世界で最も有名な「量子ハッカー」であるワディム・マカロフが働いています。他の国ではこれを非常に積極的に行っています。これが私が目指していたことです。 Eve がどのようにして私たちのボックスに侵入できるかは、むしろ工学的な問題です。私は自分のことを科学者だと思っていたので、別の視点からイブを見るのは興味深いです。たとえば、彼女がどのようにして通信チャネルに侵入し、私たちに気付かれずにすべてを盗むことができるかを研究してください。私はアリスとボブという善良な人のために働くのではなく、量子鍵配布システムに対する攻撃の可能性を調査することを好みます。

量子ハッキングの簡単な紹介

タイムコード - 21:42

ドミトリー： このような攻撃の特徴について説明できますか?

アントン： 一般に受け入れられている特徴は XNUMX つのクラスに分類されます。中間者攻撃は、古典的な中間者 (MITM) 攻撃に似ています。 XNUMX 番目のタイプはより抽象的で、イブが量子チャネル内の各パーセルと何らかの方法で相互作用し、そのような相互作用の結果を量子メモリに保存します。その後、アリスとボブが実行する手順の合意を待ち、さらに詳しい情報を受け取り、測定などを行います。これらは集団攻撃ですが、さらに抽象的な XNUMX 番目のタイプもあります。実際のパラメータの評価がそこに追加されます。

XNUMX 番目のタイプの攻撃では、アリスとボブが無限数のビットを共有すると仮定します。実際にはこれは不可能であり、有限の体積になるとすぐに統計的な変動が現れ始めます。彼らはイブの手を借りているのかもしれない。コヒーレント攻撃では、リソースの有限性も考慮されます。これは複雑なことであり、すべての量子鍵配布プロトコルがそのような包括的なセキュリティの証明を備えているわけではありません。

キービットを送信し、キーを形成していることを理解することが重要です。さらにそれらをどう活用するかはあなた次第です。ここで暗号化の問題が関係します。非対称暗号化などの最新のアルゴリズムを使用する場合、これらのキーを使用するだけでは役に立ちません。耐性を確保する唯一の方法は暗号化パッドです。それなら疑問はありませんが、そのためには毎回キーを生成し、メッセージごとにキーを変更する必要があります。これは複雑なプロセスです。

 量子鍵配布の本質は、イブのすべての攻撃に対して、アリスとボブだけが知っている量の分散ビットを割り当てることができることです。イブは彼のことを知らないだろう。これが私たちの仕事の主な目標です。しかし、私は、アリスとボブが自分たちの安全を確信できるように、そしてイブが保護を回避する方法ですべてを手配できるように、そのような攻撃を考え出すことに興味があります。

同僚に迷惑をかけずにそれを受け入れることはできません

タイムコード - 26:18

ドミトリー： 最前線でのそのような仕事は、国際社会の同僚の成果を簡単に打ち消してしまう可能性があることが判明しましたか？

アントン： た、ノートあなたが話したカナダのセミナーはまさにそれです。そこで私は、これがまさに私たちがやったことであり、否定的な意見を引き起こしたと言いました。それは説明可能です。人々は XNUMX 年間科学を続けてきましたが、その後、誰かがやって来て、その結果は完全には正しくなかったと言いました。また、それが正しく行われる方法も示します。それは私にとってとても傲慢でした。しかし、私たちは多くの人が考えたり考慮したりしないような攻撃を行うことができたと信じています。

ドミトリー： それについて話して、少なくとも一般的な言葉で説明してもらえますか？

アントン： はい、確かに。面白いのは、これがハイジャックアンドフォワード攻撃であり、考えられる最も単純な攻撃であるということです。ただ、私が言うように、多少変更されており、複雑になっています。今日、永続性の証明を見ると、すべての量子チャネルはアリス、ボブ、イブの間の情報の再分配を単に説明しているだけだと人々は言います。

重要なのは、この場合、量子状態のすべての測定はこの分布の後に行われるということです。我々は、状態が変化しボブに課せられる相対的な次元を含むような方法で量子チャネルを記述することを提案します。相対的に言えば、チャネルの中央に何かがあり、状態を区別しようとし、区別するものはボブに送信し、区別しないものはブロックします。したがって、ボブに来るすべてのことはイブに知られています。当たり前のことのように思えますが、どういうわけか世界中で誰もそれについて話していません。

ドミトリー： そして、あなたはそのような攻撃を実行する理論的な可能性を示しました。

アントン： はい、トロントでこのことについて話しました。私が生きている間、この分野で働いてきた人々と非常に白熱した議論をしました。とても興味深く、とても有益な経験でした。

公開保護方法を急いで実行しないことが重要な理由

タイムコード - 29:50

ドミトリー： ウイルスとウイルス対策に基本的に例えると、あなたの活動分野とコンセプトには、次から次へとレースの軌跡から離れていく T 字型のプロセスが含まれます。このようなアプローチは新たな問題の束を生み出し、それらは現在のように XNUMX つの面だけでなく、別の面でも解決する必要があると言えるでしょうか?

アントン： とても公平な質問です。ここで明確にしなければなりません。もちろん、攻撃方法を考えることにもっと興味があります。しかし、私たちは皆、量子鍵配布の分野で働いており、その対価としてお金をもらっているので、自分自身の車輪に影響を与えたくはありません。それは論理的です。量子鍵配送システムに対する新たな攻撃が考えられたときは、何らかの対策を講じるとよいでしょう。私たちはそれを実行し、それに対処する方法を見つけました。それは最も些細なことではありませんが、存在します。そのような問題をカバーすることは可能ですが、もう一つの問題は、人々が問題について話さないとき、それを考慮に入れていないのは明らかであるということです。つまり、彼らには対抗策がないということだ。

写真では：アントン・コズボフ

ドミトリー： このアプローチはあなたのコミュニティにおける暗黙の暗号のようなものでしょうか?

アントン： はい、しかし解決策を提示するのは適切ではないと思います。問題を提起することが重要です。そうすれば、誰かがあなたが持っているもの以外の副次的な解決策を見つけることができます。すべてを一度に投稿すると、人々は準備ができているものを受け取り、思考の発展はありません。

ドミトリー： では、あなたのソリューションはベータ版のようなもので、どこかにもっと興味深いものが自分用に保存されている可能性がある、と言っても大丈夫でしょうか?

アントン： おそらく。

規制機関とのやり取りについて少し

タイムコード - 33:09

ドミトリー： この分野は、あらゆる種類の規制当局や諜報機関の注目を集めています。開発の調整という点では、これらすべてに時間がかかりますか?

アントン： とても良い質問です！できる限り回避的にお答えさせていただきます。これは、真に科学的なプロジェクトに費やすことができる時間のかなりの部分を占めます。しかし、なぜそれが重要なのかは理解しています。

ドミトリー： 先ほど話した認定と同じように。あなたに代わってコミュニケーションをとってくれるアシスタントを雇うことはできません。科学者はすべての規制機関に微妙なニュアンスを直接説明し、それを理解するのを手助けする必要があるのでしょうか?

アントン： はい、まさにその通りです。これが正しいアプローチです。あなた自身が何をしたかをあなた自身以上に説明できる人はいません。これができない場合、あなたの成果の現実性について疑問が生じます。しかし、科学だけを行う機会があるなら、私は科学だけをやりたいと思っています。しかし、これはすべて私たちの仕事の重要な部分であり、私たちもそれを行っています。

ドミトリー： 個人的なプロジェクトに取り組む時間はありますか?

アントン： 複雑な問題。時間を見つけては副業をしています。これらはより根本的な問題です。たとえば、量子テレポーテーションを考えてみましょう。たとえば、私たちはこのトピックに関する出版物を準備しています。私たちは他の問題、つまり量子光学や量子情報理論から問題を取り上げます。これらは興味深いことです。時間のない人生はまったく退屈なので、私たちは時間を見つけようとします。書類手続きだけでは対応できません。私たちは科学も行う必要があります。

基礎科学と応用科学の区別について

タイムコード - 36:07

ドミトリー： 自分の分野の変化率を推定しようとすると、科学出版物の量が増加します。それはあなたの仕事や関連業界への関心にどのような影響を与えますか?

アントン： 私たちの地域は熱い話題になっています。ものすごい量の記事が出てきます。本当に関連性のある記事の数さえ膨大です。それらすべてを追跡することは困難であり、まったく不可能です。

ドミトリー： この追跡プロセスに強く依存していますか? それとも、あなたのプロジェクトは、気を散らすことなく目標を達成できるほど孤立していますか?

アントン： 孤立はむしろマイナスです。自分の汁で煮込むと、間違いに気づかなくなります。自分はすべて正しくやっていると思っているかもしれませんが、どこかに根本的な間違いが潜んでいます。世界中に同じようなことをやっている人がいるのは良いことだ。ある程度似たようなことが達成できれば、正しい方向に進んでいるということになります。結果が異なる場合は、話し合いを行ってどちらが正しいかを判断する必要があります。

ドミトリー： しかし、その仕事は比較的閉じられた人々の輪の中で行われますか？何百人もいるんじゃないの？

アントン： 公平ではありますが、常にそうとは限りません。私たちのグループでは、私、同僚、科学的指導者の XNUMX 人が持続性の証明に関わっています。量子光学、情報理論など、より広い分野を取り上げると、私たちには XNUMX 人がいます。量子鍵配布システムについて言えば、モスクワ、ノボシビルスク、カザンに人がいます。しかし、ヨーロッパと米国では、これらは大きな理論グループです。

ドミトリー： このスケールの違いはどのような特徴を持っているのでしょうか?

アントン： これらは科学を発展させるためのさまざまな方法です。私たちのものはヨーロッパのものとは異なります。ここでの科学は、現在必要とされ、関連性のある応用研究の道をたどります。私はこのアプローチを非難しませんが、あまり科学的ではないと考えています。私は西洋の科学、つまり基礎科学と応用科学を明確に区別していることにもっと感銘を受けています。今のところ基礎科学に実用的な成果を求める必要がないとき。だからこそ、応用的なものは扱わないように、基礎的なことです。

特にチューリッヒに戻ること。これは基礎研究のみを扱う大規模な研究所です。人々は、宇宙の基本を私たちに説明し、より深く理解するのに役立つものを研究しています。彼らはそれがやりたいからそこに来ます。私たちにとって、興味には必要性、つまりその瞬間に何か他のことをする必要性が伴います。したがって、認識と開発にはこれほどの違いがあります。これらは XNUMX つのまったく異なる道です。

ドミトリー： この必要性は、管理組織、科学コミュニティ、またはその他のものの計画期間に依存するのでしょうか?

アントン： これは誰がお金を割り当てるかによって規制されます。お金を払う人がその音を呼びます。現在、いくつかの機器を導入することに多くの関心が寄せられています。ヨーロッパには基礎研究を目的とした基金があります。それはお金を出す人次第です。

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出所： habr.com

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