🥇팟캐스트: 양자 해킹 및 키 배포

Anton Kozubov가 세 번째 에피소드에 참여했습니다. 머리 이론적인 그룹 양자 프로세스 및 측정 연구실. 우리는 그의 작업과 업계의 특성에 대해 논의했습니다.

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업계의 특성에 대한 몇 마디

시간 코드 - 00:16

드미트리카바노프: 내가 아는 한, 당신은 매우 전문적인 주제를 다루고 있습니다.

안톤 : 네, 그런 의견도 있지만 좀 더 근본적인 부분으로 넘어가려고 노력하고 있어요. 양자암호 분야에 관심을 갖는 사람들이 늘어나고 있지만, 아직까지 가장 뜨거운 과학 분야는 아닙니다. 여기에는 좋은 기반이 있지만 기술은 이미 엔지니어링 개발 단계에 도달했습니다.

모든 것이 지난 세기 80년대에 발전하기 시작했고 과학적 기준에 따르면 꽤 많은 시간이 지났습니다. 과학자들은 이론과 실험에서 실제 모형과 완벽하게 작동하는 장치로 옮겨갔습니다. 이러한 시스템은 ID Quantique가 운영되는 스위스에서 오랫동안 존재해 왔습니다. 그들은 2005년 또는 2006년에 출시되었으며, 이 XNUMX년 동안 스위스와 오스트리아 은행에 양자 암호화 시스템을 공급하기 시작했습니다. 이것은 더 이상 미래의 기술이 아닙니다.

그러한 시스템의 비밀성을 입증하는 데에는 여전히 많은 질문이 남아 있습니다. 이것이 우리가 이 분야에서 가장 많이 하는 일입니다. 그러나 기본 원칙은 이미 추론되었습니다.

드미트리 : 전문가들이 이 분야를 자세히 연구하게 된 계기가 무엇인지 말씀해 주시겠습니까? 그들은 그들이 직면한 초기 문제와 어려움을 어떻게 설명했습니까?

안톤 : 재미있는 이야기입니다. 과학에서 항상 그렇듯, 우리는 단지 그것이 흥미로워서 그 주제를 연구하기 시작했습니다. 특별한 목표는 없었습니다. 그 당시에는 이것이 절대적으로 안전한 데이터 전송 방법이라고 믿었으며 그 당시에는 정말 발전했습니다. 정보 보안이라는 주제가 점점 더 관련성이 높아졌지만, 이에 더해 다양한 양자 효과를 사용하여 새로운 유형의 컴퓨터를 만드는 것이 가능하다는 결론에 도달했습니다. 기존 암호화를 해독하는 기능을 포함하여 매우 흥미로운 기능을 가지고 있습니다.

드미트리 : 예를 들어, 냉전 시대 이전에도 보호 문제가 제기되었습니다. 그러나 이 산업의 시작은 상대적으로 대규모 네트워크의 출현에 가까웠습니까?

안톤 : 네가 옳아. 이런 관점에서도 볼 수 있습니다. 그런데 재미있는 점은 양자암호 분야를 IT 분야에 좀 더 관련이 있는 두 사람이 발견했다는 점이다. 그들은 IT 컨퍼런스에서 기본 원칙을 설명하는 첫 번째 작업을 발표했습니다. 네, 거기에서 나온 것입니다.

드미트리 : 어떻게 이 분야에 입문하게 됐나요? 동기는 무엇이었나요?

안톤 : 솔직히 비슷해서 흥미로웠어요. 하지만 처음에는 양자 암호학을 전공하지 않았습니다. 다음으로 시작됨 양자 순간이동. 이 주제에 관한 문제는 실험실의 요구와 그다지 관련이 없는 것으로 판명되어 양자 암호화로 전환했습니다. 하지만 한 가지 일만 한다는 것은 별로 흥미롭지 않고, 상호 연관된 분야도 많기 때문에 우리 활동의 고도로 전문화된 성격을 말할 수는 없습니다.

관련 분야의 과학자들을 위한 기회

시간 코드 - 06:24

드미트리 : 에 캐나다 회의 참가에 관한 메모 이 주제에는 상당히 제한된 범위의 사람들이 관련되어 있다고 말할 수 있습니다. 해당 분야의 전문가 수를 추정할 수 있습니까? 아니면 아직도 매우 폐쇄적인 클럽인가요?

안톤 : 폐쇄되어 있지만 상대적으로 엘리트 부분에만 해당됩니다. 전 세계적으로 양자정보이론의 다양한 표현에 관련된 사람들이 많이 있습니다. 그 수를 어떻게 추산할지는 모르겠지만, 컨퍼런스에 참석한 사람은 확실히 XNUMX명 이상이었습니다.

나는 이것이 천분의 일도 아니라고 생각합니다. 많은 사람들이 가는 이유는 이것이 과학의 가장 발전된 분야 중 하나이기 때문입니다. 모든 주요 연구소에는 실험실 양자정보이론이나 양자광학 및 이와 관련된 것들. 또 다른 질문은 양자암호시스템의 강점을 입증하는 등 전문화된 틈새시장에 얼마나 많은 사람들이 몰두하고 있느냐는 것이다.

이 커뮤니티는 규모는 작지만 여전히 광범위합니다. 컨퍼런스에 참석한 사람들이 모두 이 분야의 최고 전문가들은 아니었습니다. 전 세계적으로 약 2000개가 있습니다. 양자 암호화 시스템의 강점에 대한 증거는 최근 XNUMX년대 초반에 나타났습니다. 이 분야에서 일하는 사람들은 이전에 다른 일을 해왔습니다. 예를 들어 양자광학, 기초연구 등이 있습니다. 그들은 여전히 관련이 있습니다. 그들은 물리학에서 우리 지역으로 왔습니다.

고전정보이론이나 수학에서 나온 사람들도 있다. 저항의 증거를 평가할 때 다양한 유형의 엔트로피가 결정적인 역할을 합니다. 열역학에서 다른 곳에서 사용됩니다. 정보 이론에서 양자 엔트로피가 어떻게 작동하는지 이해하는 사람들은 자신의 지식을 양자 열역학에 적용할 수 있습니다. 이 분야의 선도적인 과학자 중 한 명인 취리히 출신의 레나토 레너(Renato Renner)는 그곳에서 양자 정보 이론을 연구하고 있으며, 산타바바라에서는 양자 열역학에 대한 강의를 진행하고 있습니다.

지역사회는 어떤 어려움에 직면해 있나요?

시간 코드 - 10:37

드미트리 : 오늘은 어떤 질문을 하고 있나요? 최전선에 있는 과제는 무엇입니까? 이제 더 이동해야 하는 막대를 나타내는 것은 무엇입니까?

안톤 : 우리는 이에 대해 두 가지 다른 측면에서 이야기할 수 있습니다. 내 생각에는 적용된 부분이 덜 흥미롭다. 양자 키 배포는 이미 산업 규모에 도달했지만 모든 사람은 다른 것이 아닌 양자 배포를 다루고 있는지 확인하는 방법을 이해하고 싶어합니다. 이를 위해서는 장비에 대한 인증이 필요하기 때문에 엔지니어링 부분과 더불어 전문적인 표준의 개발이 전 세계적으로 중요한 문제 중 하나입니다. 이 분야의 선도적인 과학자들 대부분은 이를 위해 노력하고 있습니다.

우리 활동의 두 번째 측면은 시스템의 탄력성을 입증하는 것입니다. 기존 암호화는 공격자가 아직 유효한 데이터를 해독할 수 있는 컴퓨팅 성능이 충분하지 않다는 가정을 기반으로 합니다. 그러나 이러한 가정이 항상 정확하지는 않을 수도 있으므로 시간이 지나도 암호 해독 기능이 변하지 않도록 다른 데이터 보호 패러다임으로 전환해야 합니다.

우리는 양자 키 분배를 하고 있습니다. 이는 정보를 암호화하는 데 사용해야 하는 키를 배포한다는 의미입니다. 이러한 키는 도난당할 수 있지만, 우리는 이것이 가능하지 않은 패러다임을 도입하려고 노력하고 있습니다. 배포 중에 누군가가 우리 채널에 침입하면 우리는 항상 이를 알아차릴 것입니다. 이것이 양자 암호학의 고전적 패러다임의 기초입니다. 이는 단일 광자를 사용하여 달성됩니다.

그들은 세 가지 속성을 가지고 있습니다. 이는 에너지의 최소한의 부분이므로 분할하거나 강화할 수 없습니다. 복사할 수 없습니다. 알 수 없는 양자 상태는 복사할 수 없습니다. 이를 위해서는 측정이 필요하고 양자 상태를 파괴하지 않고는 복사할 수 없기 때문입니다. 측정하면 무너집니다.

이러한 속성으로 인해 공격자의 능력을 다른 관점에서 볼 수 있습니다. 우리는 그를 Eve(도청자로부터)라고 부릅니다. 우리는 물리학 법칙의 한계 내에서 가능한 모든 것을 Eve에게 제공한다고 말합니다. 양자 메모리, 이상적인 탐지기 - 우리는 이것에 가깝지도 않지만 그러한 기회를 제공합니다. 그리고 이를 염두에 두고도 우리가 모르는 사이에는 그녀가 핵심 데이터를 받지 않을 것이라고 말하고 있습니다. 이것이 바로 양자 암호화 패러다임이 원래 구축된 것입니다.

그러나 단일 광자에 관해 이야기하는 한 이것은 모두 좋습니다. 그러나 단일 광자 소스는 매우 변덕스럽고 속도가 느리며 비용이 많이 들기 때문에 이 과정에서 아무도 이를 사용하지 않습니다. 모두 감쇠된 레이저 방사선을 사용합니다.

드미트리 : 그리고 이것이 당신이 이야기한 속성과 어떻게 비교됩니까?

안톤 : 회복탄력성 입증에 대한 패러다임과 접근 방식을 변경합니다. 이는 여전히 실행 가능한 작업이지만 훨씬 더 어렵습니다. 이상적인 상황, 즉 일관성 있는 약화된 상태에서 정확히 필요하지 않은 것을 사용하는 상황에서는 지속성 증명에서 이를 고려해야 합니다. 우리는 이것을 하고 있고, 전 세계가 이 방향으로 움직이고 있습니다.

드미트리 : 이 접근 방식은 통신 채널 끝에 있는 장비를 고려합니까?

안톤 : 처음에 양자 키 배포는 Eve가 Alice와 Bob의 상자에 들어갈 수 없고 통신 채널에만 액세스할 수 있다는 아이디어와 같은 근사치를 사용했습니다. 이것은 매우 실행 가능한 근사치가 아닙니다. 오늘날에는 양자 해킹이 있습니다. 그는 광섬유나 양자 채널에서 노출을 사용하여 "설정"을 변경하는 것이 가능하다고 말합니다.

이 방향은 인증 문제에서 고려됩니다. 우리는 아마도 세계에서 가장 유명한 "양자 해커"인 Vadim Makarov가 일하는 모스크바에 대규모 실험실을 가지고 있습니다. 다른 나라에서는 이 일을 매우 적극적으로 하고 있습니다. 이것이 내가 얻고자 하는 것입니다. Eve가 우리 상자에 어떻게 들어갈 수 있는지는 엔지니어링 문제에 가깝습니다. 나는 나 자신을 과학자라고 생각했기 때문에 Eve를 다른 관점에서 보는 것이 흥미로웠습니다. 예를 들어, 그녀가 어떻게 통신 채널에 들어가서 우리가 눈치채지 못하게 모든 것을 훔칠 수 있는지 연구하십시오. 나는 좋은 사람들인 Alice와 Bob을 위해 일하는 것이 아니라 양자 키 배포 시스템에 대한 가능한 공격을 조사하는 것을 선호합니다.

양자 해킹에 대한 간략한 소개

시간 코드 - 21:42

드미트리 : 그러한 공격의 특징을 설명할 수 있습니까?

안톤 : 일반적으로 허용되는 특성은 세 가지 클래스로 나뉩니다. 중간자 공격은 전통적인 MITM(Man-in-the-Middle) 공격과 유사합니다. 두 번째 유형은 더 추상적입니다. Eve는 어떻게든 양자 채널의 각 소포와 상호 작용하고 이러한 상호 작용의 결과를 양자 메모리에 저장합니다. 그 후, 그녀는 Alice와 Bob이 수행하는 절차가 동의하기를 기다리고, 더 많은 정보를 받고, 측정을 수행하는 등의 작업을 기다립니다. 이는 집단 공격이지만 훨씬 더 추상적인 세 번째 유형이 있습니다. 실제 매개변수에 대한 평가가 여기에 추가됩니다.

두 번째 유형의 공격에서는 Alice와 Bob이 그들 사이에 무한한 수의 비트를 공유한다고 가정합니다. 현실적으로 이것은 불가능하며, 유한한 양으로 넘어가자마자 통계적 변동이 나타나기 시작합니다. 그들은 이브의 손에 놀아나고 있을 수도 있습니다. 일관된 공격은 리소스의 유한성도 고려합니다. 이는 복잡한 일이며 모든 양자 키 배포 프로토콜이 이러한 포괄적인 보안 증거를 갖고 있는 것은 아닙니다.

우리가 키 비트를 전송하고 키를 형성하고 있다는 점을 이해하는 것이 중요합니다. 추가 사용 방법은 귀하에게 달려 있습니다. 여기서 암호화 문제가 발생합니다. 비대칭 암호화와 같은 최신 알고리즘을 사용하고 이러한 키만 사용하면 아무 소용이 없습니다. 저항을 보장하는 유일한 방법은 암호화 패드입니다. 그러면 질문이 없지만 이를 위해서는 매번 키를 생성하고 각 메시지마다 변경해야 합니다. 이것은 복잡한 과정입니다.

 양자 키 배포의 핵심은 Eve의 모든 공격에 대해 Alice와 Bob만 알 수 있는 분산 비트의 양을 할당할 수 있다는 것입니다. Eve는 그에 대해 알지 못할 것입니다. 이것이 우리 작업의 주요 목표입니다. 하지만 나는 Alice와 Bob이 그들의 안전을 확신하고 Eve가 보호를 우회하는 방식으로 모든 것을 준비할 수 있도록 그러한 공격을 생각해내는 데 관심이 있습니다.

동료를 방해하지 않고 그냥 받아들일 수는 없습니다.

시간 코드 - 26:18

드미트리 : 그러한 최전선에서의 작업이 국제 사회의 동료들의 결과를 쉽게 취소할 수 있다는 것이 밝혀졌습니다.

안톤 : 고마워, 주의 당신이 말한 캐나다 세미나가 바로 그 내용입니다. 거기서 나는 이것이 바로 우리가 한 일이라고 말했고, 이로 인해 부정적인 감정이 쇄도했습니다. 설명 가능합니다. 사람들은 XNUMX년 동안 과학을 해왔는데, 누군가가 와서 그들의 결과가 완전히 정확하지 않다고 말했습니다. 또한 그것이 어떻게 올바르게 수행되는지 보여줍니다. 그것은 나에 대해 매우 오만했습니다. 하지만 저는 우리가 많은 사람들이 고려하지도, 고려하지도 않는 공격을 할 수 있었다고 믿습니다.

드미트리 : 그것에 대해 이야기하고 적어도 일반적인 용어로 설명해 주시겠습니까?

안톤 : 물론이지. 재미있는 점은 이것이 하이잭 앤 포워드(hijack-and-forward) 공격이라는 점입니다. 여러분이 생각할 수 있는 가장 간단한 공격입니다. 내가 말했듯이 그것은 다소 수정되고 복잡합니다. 오늘날 지속성 증명을 볼 때 사람들은 모든 양자 채널이 단순히 Alice, Bob 및 Eve 사이의 정보 재분배를 설명한다고 말합니다.

중요한 것은 이 경우 양자 상태의 모든 측정이 이 분포 후에 발생한다는 것입니다. 우리는 상태가 변경되고 Bob에게 부과되는 차원을 포함하는 방식으로 양자 채널을 설명할 것을 제안합니다. 상대적으로 말하자면, 채널 중간에 무언가가 있는데, 상태를 구별하려고 시도하고 구별하여 Bob에게 보내는 것과 구별하지 않는 것을 차단합니다. 따라서 Bob에게 오는 모든 것은 Eve에게 알려져 있습니다. 당연한 생각처럼 보이지만, 왠지 세상 누구도 그것에 대해 이야기하지 않습니다.

드미트리 : 그리고 당신은 그러한 공격을 수행할 수 있는 이론적 가능성을 보여주었습니다.

안톤 : 네, 저는 토론토에서 이것에 대해 이야기했습니다. 우리는 제가 살아있는 동안 이 분야에 종사해 온 사람들과 매우 열띤 토론을 했습니다. 흥미롭고 매우 유용한 경험이었습니다.

출판 보호 방법을 서두르지 않는 것이 중요한 이유

시간 코드 - 29:50

드미트리 : 바이러스와 바이러스 백신에 대한 기본적인 비유를 사용하면 활동 및 개념 분야는 차례차례의 경쟁 궤적에서 벗어난 T자형 프로세스를 포함합니다. 그러한 접근 방식이 새로운 문제 묶음을 생성하고 지금처럼 한 차원이 아닌 다른 차원에서 해결해야 한다고 말할 수 있습니까?

안톤 : 매우 공정한 질문입니다. 여기서는 분명히 해야 합니다. 물론 공격 방법을 생각해내는 데 더 관심이 있습니다. 하지만 우리 모두는 양자 키 분배 분야에서 일하고 그에 대한 대가를 받으며 실제로 우리 자신의 바퀴에 말을 걸고 싶지 않습니다. 논리적입니다. 양자키분배시스템에 대한 새로운 공격이 나올 때, 일종의 대응책을 마련하는 것도 좋을 것 같습니다. 우리는 해냈고, 이를 처리할 방법을 찾았습니다. 가장 사소한 것은 아니지만 존재합니다. 그러한 문제를 다루는 것은 가능하지만 또 다른 질문은 사람들이 문제에 대해 이야기하지 않으면 문제를 고려하지 않는다는 것이 분명하다는 것입니다. 즉, 대책이 없습니다.

사진에서 : 안톤 코즈보프

드미트리 : 이 접근 방식이 커뮤니티에서 일종의 무언의 코드인가요?

안톤 : 네, 하지만 해결책을 제시하는 것은 옳지 않다고 생각합니다. 문제를 제기하는 것이 중요합니다. 그러면 누군가가 당신이 가지고 있는 것 외에 부가적인 해결책을 찾을 수 있습니다. 한꺼번에 모든 것을 게시하면 사람들은 준비된 것을 가져갈 것이고 생각의 발전이 없을 것입니다.

드미트리 : 그렇다면 귀하의 솔루션이 베타 버전일 수도 있고 소매 어딘가에 귀하가 직접 저장한 훨씬 더 흥미로운 솔루션이 있을 수도 있다고 말해도 안전합니까?

안톤 : 어쩌면.

규제 기관과의 상호 작용에 대해 조금

시간 코드 - 33:09

드미트리 : 이 분야는 모든 종류의 규제 당국과 정보 기관의 관심을 끌었습니다. 이 모든 것이 개발 조정 측면에서 시간이 걸리나요?

안톤 : 아주 좋은 질문입니다! 최대한 회피적으로 답변하도록 노력하겠습니다. 이는 진정한 과학 프로젝트에 소요될 수 있는 상당한 시간을 차지합니다. 그러나 나는 그것이 왜 중요한지 이해합니다.

드미트리 : 앞서 이야기한 인증과 같습니다. 당신을 위해 의사소통을 해줄 보조자를 고용할 수는 없습니다. 과학자들은 모든 규제 기관에 직접 미묘한 차이를 설명하고 이를 파악하도록 도와야 합니까?

안톤 : 네, 바로 그거예요. 이것이 올바른 접근 방식입니다. 당신이 한 일을 당신 자신보다 더 잘 설명할 수 있는 사람은 없습니다. 이렇게 할 수 없다면 성취의 현실에 대한 의문이 생깁니다. 하지만 과학만 할 수 있는 기회가 생긴다면 나는 과학만 하고 싶다. 하지만 이 모든 것은 우리가 하는 일의 중요한 부분이며, 우리도 하고 있는 일입니다.

드미트리 : 개인 프로젝트를 할 시간이 있나요?

안톤 : 복잡한 문제. 우리는 시간을 찾고 부업을 합니다. 이것들은 더 근본적인 문제입니다. 예를 들어 양자 순간이동을 생각해 보세요. 예를 들어 우리는 이 주제에 대한 출판물을 준비 중입니다. 우리는 양자 정보 이론에서 양자 광학의 다른 문제를 취합니다. 이것은 흥미로운 것들입니다. 시간이 없는 삶은 완전히 지루하기 때문에 우리는 시간을 찾으려고 노력합니다. 서류만으로는 처리가 불가능합니다. 우리는 또한 과학을 해야 합니다.

기초과학과 응용과학의 구별에 대하여

시간 코드 - 36:07

드미트리 : 해당 분야의 변화율, 과학 출판물의 양을 추정하려는 경우. 관련 산업에 대한 귀하의 업무와 관심에 어떤 영향을 미치나요?

안톤 : 우리지역이 화제입니다. 엄청나게 많은 기사가 나오고 있습니다. 실제로 관련성이 높은 기사의 수도 엄청납니다. 그것들을 모두 추적하는 것은 어렵고 불가능합니다.

드미트리 : 이 추적 프로세스에 대한 의존도가 높습니까? 아니면 방해받지 않고 목표를 달성할 수 있을 만큼 프로젝트가 분리되어 있습니까?

안톤 : 격리는 오히려 마이너스입니다. 자신의 주스를 끓이면 실수를 눈치채지 못하게 됩니다. 당신은 모든 일을 제대로 하고 있다고 생각할 수도 있지만, 당신이 놓치고 있는 근본적인 실수가 숨어 있습니다. 세상에 비슷한 일을 하는 사람들이 있으면 좋은 것 같아요. 비슷한 일을 어느 정도 달성할 수 있다면 올바른 방향으로 가고 있는 것입니다. 결과가 다르다면 대화를 나누고 누가 옳은지 알아봐야 할 이유가 됩니다.

드미트리 : 하지만 작업은 상대적으로 폐쇄된 사람들 사이에서 이루어지나요? 이거 수백명 아닌가요?

안톤 : 공평하지만 항상 그런 것은 아닙니다. 우리 그룹에는 끈기 증명에 세 사람, 즉 나와 내 동료, 과학 감독자가 참여합니다. 양자광학, 정보이론 등 더 넓은 영역을 취하면 우리는 다섯 명이 됩니다. 양자 키 분배 시스템에 관해 이야기하면 모스크바, 노보시비르스크, 카잔에 사람들이 있습니다. 그러나 유럽과 미국에서는 이들은 큰 이론적 그룹입니다.

드미트리 : 이러한 규모의 차이는 무엇을 특징으로 합니까?

안톤 : 이것은 과학을 발전시키는 다양한 방법입니다. 우리는 유럽과 다릅니다. 여기서 과학은 지금 당장 필요하고 관련성이 있는 응용 연구의 길을 따릅니다. 나는 이 접근 방식을 비난하지는 않지만 그다지 과학적이지는 않다고 생각합니다. 나는 기초과학과 응용과학을 명확하게 구분하는 서양의 이론에 더 깊은 인상을 받았습니다. 지금 당장 기초과학에 실질적인 결과를 요구할 필요가 없을 때. 그렇기 때문에 응용되는 것들을 다루지 않는 것이 기본이다.

특히 취리히로 돌아갑니다. 기초연구만을 전문적으로 다루는 대규모 연구소입니다. 사람들은 우주의 기본 원리를 설명하고 더 잘 이해하도록 돕는 것들을 연구합니다. 그들은 그것이 그들이 하고 싶은 일이기 때문에 거기에 옵니다. 우리에게 관심은 필요, 즉 그 순간에 다른 일을 해야 할 필요성을 동반합니다. 그러므로 인식과 발달에는 이러한 차이가 있습니다. 이것은 완전히 다른 두 가지 경로입니다.

드미트리 : 이러한 필요성은 통제 조직, 과학계 또는 다른 것의 계획 범위에 따라 달라지나요?

안톤 : 이는 누가 돈을 할당하는지에 따라 규제됩니다. 돈을 지불하는 사람이 노래를 부릅니다. 우리는 지금 여기에서 일부 장비를 갖추는 데 많은 관심을 갖고 있습니다. 유럽에는 기초 연구를 목표로 하는 기금이 있습니다. 돈을 주는 사람에 따라 다릅니다.

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출처 : habr.com

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