🕘 🖊️ 🤽🏽 بودكاست: القرصنة الكمية ومشاركة المفاتيح 🙇🏾 🤦 🎅🏻

حضر الطبعة الثالثة أنطون كوزوبوف رئيس المجموعة النظرية لمختبر العمليات والقياسات الكمومية . ناقشنا عمله وخصوصيات الصناعة.

الإصدار الصوتي: Apple's Podcasts · Yandex.Music · PodFM · Google Podcasts · YouTube .

^{في الصورة: أنطون كوزوبوف}

بضع كلمات حول تفاصيل الصناعة

^{الكود الزمني - 00:16}

دميتريكابانوف: على حد علمي ، أنت منخرط في مواضيع عالية التخصص.

أنطون: نعم ، يوجد مثل هذا الرأي ، لكننا نحاول الانتقال إلى أمور أكثر جوهرية. على الرغم من أن المزيد والمزيد من الناس مهتمون بمجال التشفير الكمي ، إلا أنه ليس المجال الأكثر سخونة في العلم. يوجد أساس جيد هنا ، لكن التقنيات دخلت بالفعل مرحلة التطوير الهندسية.

بدأ كل شيء في التطور في الثمانينيات من القرن الماضي ، وقد مر الكثير من الوقت وفقًا للمعايير العلمية. انتقل العلماء من النظرية والتجريب إلى نماذج بالأحجام الطبيعية الحقيقية وأجهزة تعمل بكامل طاقتها. مثل هذه الأنظمة موجودة منذ فترة طويلة في سويسرا ، حيث تعمل ID Quantique. بدأوا في 2005 أو 2006 ، وفي هذا العقد بدأوا بتزويد أنظمة التشفير الكمي للبنوك السويسرية والنمساوية. هذه لم تعد تقنيات المستقبل.

لا يزال هناك العديد من الأسئلة من وجهة نظر إثبات سرية مثل هذه الأنظمة. هذا هو أكثر ما نقوم به في هذا المجال. لكن تم بالفعل استنتاج المبادئ الأساسية.

ديمتري: هل لك أن تخبرنا ما الذي دفع المتخصصين إلى دراسة هذا المجال بالتفصيل؟ كيف وصفوا المشاكل والتحديات الأولية التي واجهوها؟

أنطون: إنها قصة مضحكة. كما يحدث دائمًا في العلوم ، بدأوا في دراسة الموضوع لمجرد أنه أصبح مثيرًا للاهتمام. لم يكن هناك غرض معين. ثم كان يُعتقد أن هذه طريقة آمنة تمامًا لنقل البيانات ، وفي ذلك الوقت كانت متطورة حقًا. أصبح موضوع أمن المعلومات أكثر أهمية ، ولكن بالإضافة إلى ذلك ، توصلنا إلى استنتاج مفاده أنه يمكن إنشاء أجهزة كمبيوتر من نوع جديد باستخدام تأثيرات كمومية مختلفة. لديهم ميزات مثيرة للاهتمام ، بما في ذلك القدرة على كسر التشفير الحالي.

ديمتري: كانت هناك أسئلة تتعلق بالحماية من قبل ، على سبيل المثال ، أثناء الحرب الباردة. ولكن هل كانت بداية هذه الصناعة قريبة من وقت ظهور شبكات ضخمة نسبيًا؟

انطون:أنت على حق. يمكنك النظر إليها من وجهة النظر هذه. لكن الشيء المضحك هو أن مجال التشفير الكمي تم اكتشافه من قبل شخصين مرتبطين أكثر بمجال تكنولوجيا المعلومات. العمل الأول ، حيث تم وصف المبادئ الأساسية ، تم تقديمه في مؤتمر تكنولوجيا المعلومات. لذا نعم ، إنها تأتي من هناك.

ديمتري: كيف أتيت إلى هذه المنطقة؟ ماذا كان دافعك؟

أنطون: بصراحة ، كان الأمر نفسه مثيرًا للاهتمام. لكن في البداية ، لم أذهب للقيام بالتشفير الكمي. بدأت مع النقل الآني الكمي... لقد حدث أن المهام المتعلقة بهذا الموضوع لم تكن ملحة جدًا لاحتياجات المختبر ، لذلك تحولت إلى التشفير الكمي. لكن القيام بشيء واحد ليس مثيرًا للاهتمام بشكل خاص ، وهناك أيضًا العديد من المجالات المترابطة ، لذلك لا يمكننا التحدث عن الطبيعة المتخصصة للغاية لأنشطتنا.

فرص للعلماء من المجالات ذات الصلة

^{الكود الزمني - 06:24}

ديمتري: من الملاحظة حول مشاركتك في المؤتمر الكندي ، يمكننا القول إن دائرة محدودة إلى حد ما من الأشخاص يشاركون في هذا الموضوع. هل يمكنك تقدير عدد المتخصصين في مجالك؟ أم أنه لا يزال ناديًا مغلقًا للغاية؟

أنطون: إنه مغلق ، ولكن فقط فيما يتعلق بجزء النخبة منه. هناك الكثير من الناس في العالم يدرسون نظرية الكم للمعلومات بأشكالها المختلفة. ليس لدي أي فكرة عن كيفية تقدير عددهم ، لكن بالتأكيد حضر المؤتمر أكثر من ثلاثين شخصًا.

أعتقد أن هذا ليس حتى جزء واحد من الألف. يذهب الكثير من الناس لأن هذا هو أحد أكثر مجالات العلوم تقدمًا. جميع المعاهد الرائدة لديها مختبراتنظرية المعلومات الكمومية أو البصريات الكمومية والأشياء ذات الصلة. سؤال آخر هو عدد الأشخاص المنغمسين في مثل هذا المكان المتخصص كدليل على قوة أنظمة التشفير الكمومي.

هذا المجتمع أصغر ، لكنه لا يزال واسعًا. أولئك الذين حضروا المؤتمر لم يكونوا كلهم من الخبراء البارزين في هذا المجال. هناك حوالي مائة منهم في جميع أنحاء العالم. ظهرت أدلة على أمان أنظمة التشفير الكمي مؤخرًا ، في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين. الأشخاص الذين يعملون في هذا المجال قاموا بأشياء أخرى في السابق. على سبيل المثال ، البصريات الكمومية ، البحوث الأساسية. لا تزال ذات صلة. لقد أتوا إلى مجالنا من الفيزياء.

وهناك أيضًا من ينتمون إلى نظرية المعلومات الكلاسيكية أو الرياضيات. تلعب الانتروبيا المختلفة دورًا حاسمًا في تقييم دليل المرونة. حيث يتم استخدامها في الديناميكا الحرارية. يمكن للأشخاص الذين يفهمون كيفية عمل الانتروبيا الكمومية في نظرية المعلومات تطبيق معرفتهم على الديناميكا الحرارية الكمومية. يعمل ريناتو رينر ، أحد العلماء الرائدين في هذا المجال ، من زيورخ ، في نظرية المعلومات الكمومية هناك ، وفي سانتا باربرا يلقي محاضرات حول الديناميكا الحرارية الكمية.

ما هي التحديات التي تواجه المجتمع

^{الكود الزمني - 10:37}

ديمتري: ما هي القضايا التي تعمل عليها اليوم؟ ما هي المهام الموجودة في المقدمة؟ ما الذي يمثل الآن الشريط الذي يحتاج إلى مزيد من التحرك؟

أنطون: يمكن مناقشة هذا من جانبين مختلفين. في رأيي ، الجزء التطبيقي أقل إثارة للاهتمام. توزيع المفتاح الكمي موجود بالفعل على نطاق صناعي ، لكن الجميع يريد أن يفهم كيفية التأكد من أنه توزيع كمي أمامهم ، وليس شيئًا آخر. للقيام بذلك ، من الضروري التصديق على المعدات ، وبالتالي فإن تطوير المعايير المتخصصة هو أحد المشاكل الرئيسية في العالم ، بالإضافة إلى الجزء الهندسي. يوجه معظم العلماء البارزين في هذا المجال جهودهم نحو هذا.

الجانب الثاني من عملنا هو إثبات مرونة الأنظمة. يعتمد التشفير الكلاسيكي على افتراض أن المهاجم ببساطة لا يمتلك قوة حاسوبية كافية لفك تشفير البيانات بينما لا تزال صالحة. ولكن قد لا تكون هذه الافتراضات صحيحة دائمًا ، لذلك نحتاج إلى الانتقال إلى نموذج مختلف لحماية البيانات - للتأكد من أن قدرة فك التشفير لا تتغير بمرور الوقت.

. , , . , , . - , . . .

. , , , , . . , , . , .

بسبب هذه الخصائص ، يمكنك إلقاء نظرة على قدرات المهاجم - نسميه حواء (من التنصت) - من وجهة نظر مختلفة. نقول إننا نعطي حواء كل ما هو ممكن في حدود قوانين الفيزياء. الذاكرة الكمية ، أجهزة الكشف المثالية - ليس لدينا هذا القرب ، لكننا نمنحها مثل هذه الفرص. وحتى مع وضع ذلك في الاعتبار ، نقول إنها لن تتلقى البيانات الأساسية دون علمنا بها. تم بناء نموذج التشفير الكمي في الأصل على هذا الأساس.

لكن كل هذا جيد وجيد طالما أننا نتحدث عن فوتونات مفردة. ومع ذلك ، فإن مصادر الفوتونات الفردية متقلبة تمامًا ومنخفضة السرعة وأشياء باهظة الثمن ، لذلك لا يستخدمها أحد في هذه العملية. جميعها تستخدم أشعة الليزر المخفف.

ديمتري: وكيف يتعارض هذا مع الخصائص التي تحدثت عنها؟

انطون:يغير النموذج والنهج لإثبات المرونة. لا تزال هذه مهمة قابلة للتنفيذ ، ولكنها أكثر صعوبة. في موقف لا نستخدم فيه بالضبط ما نحتاجه في الظروف المثالية ، أي الحالات الضعيفة المتماسكة ، نحتاج إلى أخذ ذلك في الاعتبار في براهين الصمود. نحن نقوم بهذا ، والعالم كله يسير في هذا الاتجاه.

ديمتري: هل يأخذ هذا النهج في الاعتبار المعدات الموجودة في نهايات قناة الاتصال؟

أنطون: في البداية ، في التوزيع الكمي للمفاتيح ، استخدموا تقديرات تقريبية مثل حقيقة أن حواء لا تستطيع الوصول إلى صناديق أليس وبوب ، ولكن يمكنها الوصول إلى قناة الاتصال فقط. هذا ليس تقريب قابل للتطبيق. هناك قرصنة كمومية اليوم. يخبرنا أنه من الممكن تمامًا هدم "الإعدادات" باستخدام الضوء في الألياف الضوئية أو القناة الكمية.

يؤخذ هذا الاتجاه في الاعتبار في مسائل التصديق. لدينا معمل كبير في موسكو يعمل فيه فاديم ماكاروف ، على الأرجح أشهر "الهاكر الكمومي" في العالم. في بلدان أخرى ، يشارك هذا بنشاط كبير. أنا أيضا قادت إلى هذا. كيف يمكن لـ Eve الوصول إلى صناديقنا يمثل تحديًا هندسيًا أكثر. اعتدت أن أفكر في نفسي كعالم ، لذلك أجد أنه من المثير للاهتمام أن أنظر إلى حواء من الجانب الآخر. على سبيل المثال ، لدراسة كيف يمكنها القيام بذلك للدخول إلى قناة الاتصال وسرقة كل شيء دون أن نلاحظ ذلك. أفضل عدم العمل مع الأشخاص اللطفاء ، أليس وبوب ، ولكن لأبحث عن الهجمات المحتملة على أنظمة توزيع المفاتيح الكمومية.

مقدمة سريعة للقرصنة الكمومية

^{الكود الزمني - 21:42}

ديمتري: هل يمكنك وصف خصائص مثل هذه الهجمات؟

أنطون: تنقسم الخصائص المقبولة عمومًا إلى ثلاث فئات. الهجمات الفردية - على غرار هجمات الوسطاء الكلاسيكية (MITM). النوع الثاني أكثر تجريدًا ، عندما تتفاعل حواء بطريقة ما مع كل رسالة في قناتنا الكمية وتخزن نتيجة هذا التفاعل في الذاكرة الكمومية. بعد ذلك ، تنتظر الإجراءات التي تنفذها أليس وبوب للاتفاق ، وتحصل على مزيد من المعلومات ، وتجري القياسات ، وما إلى ذلك. هذه هجمات جماعية ، لكن هناك نوع ثالث أكثر تجريدية. يتم إضافة تقدير للمعلمات الحقيقية هناك.

بالنسبة للنوع الثاني من الهجوم ، نفترض أن أليس وبوب يتشاركان في عدد لا نهائي من البتات. في الواقع ، هذا مستحيل ، وبمجرد أن ننتقل إلى الأحجام المحدودة ، نبدأ في إظهار التقلبات الإحصائية. يمكنهم اللعب لصالح حواء. كما تأخذ الهجمات المتماسكة في الاعتبار الطبيعة المحدودة للموارد. هذا أمر مخادع ، وليس كل بروتوكولات توزيع المفاتيح الكمومية لديها مثل هذا الدليل الشامل للأمان.

من المهم أن نفهم أننا ننقل بالضبط بتات المفاتيح ونشكل المفاتيح. كيف ستستخدمها أكثر هو على ضميرك. هذا هو المكان الذي تدخل فيه قضايا التشفير. إذا كنت تأخذ الخوارزميات الحديثة مثل التشفير غير المتماثل ، فقط باستخدام هذه المفاتيح ، فهذا يعني أنها عديمة الفائدة. الطريقة الوحيدة لضمان الأمن هي لوحة التشفير. ثم لا توجد أسئلة ، ولكن لهذا تحتاج إلى إنشاء مفاتيح في كل مرة وتغييرها لكل رسالة. هذه عملية معقدة.

 يكمن جوهر توزيع المفاتيح الكمومية في أنه بالنسبة لجميع هجمات حواء ، يمكننا تخصيص مثل هذا المقدار من البتات المخصصة التي ستكون معروفة فقط لأليس وبوب فقط. حواء لن تعرف عنه. هذا هو الهدف الرئيسي لعملنا. لكنني مهتم بالتوصل إلى مثل هذه الهجمات حتى تثق أليس وبوب في الأمان ، وستقوم حواء بترتيب كل شيء بطريقة تتجاوز الدفاع.

^{— 26:18}

ديمتري: اتضح أن مثل هذا العمل في الصدارة يمكن بسهولة أن ينفي نتائج الزملاء في المجتمع الدولي؟

أنطون: تلك الملاحظة حول الندوة الكندية التي تحدثت عنها ، إنها تتعلق بذلك فقط. هناك قلت أن هذا هو بالضبط ما فعلناه ، مما تسبب في موجة من السلبية. إنه قابل للتفسير. انخرط الناس في العلوم لمدة خمسة وعشرين عامًا ، ثم يأتي أحدهم ويقول إن نتائجهم لم تكن صحيحة تمامًا. كما يوضح كيف سيكون صحيحًا. لقد كان فظاظة جدا مني. لكنني أعتقد أننا تمكنا من شن هجوم لا يفكر فيه الكثيرون ولا يأخذونه في الاعتبار.

ديمتري: هل يمكنك إخباره ووصفه على الأقل بعبارات عامة؟

انطون:بالطبع. أطرف شيء هو أن هجوم الاعتراض الأمامي هو أبسط ما يمكن للمرء أن يفكر فيه. فقط هو معدل ومعقد إلى حد ما ، كما أقول. اليوم ، عند النظر إلى دليل المرونة ، يتحدث الناس عن كيف تصف جميع القنوات الكمية ببساطة إعادة توزيع المعلومات بين أليس وبوب وحواء.

المهم في هذه الحالة أن جميع قياسات الحالات الكمية تحدث بعد هذا التوزيع. نقترح وصف القناة الكمية بطريقة تحتوي على بُعد فيما يتعلق بالحالات التي تتغير ويتم فرضها على بوب. نسبيًا ، لدينا شيء في منتصف القناة ، يحاول التمييز بين الحالات ، ما يميز - يرسل إلى بوب ، ما لا يميز - الكتل. وهكذا ، فإن كل ما يأتي إلى بوب يعرفه حواء. قد تبدو فكرة واضحة ، ولكن لسبب ما لا أحد في العالم يتحدث عنها.

ديمتري: وقد أظهرت الاحتمال النظري لمثل هذا الهجوم.

أنطون: نعم ، لقد تحدثت عن هذا في تورنتو. لقد أجرينا مناقشات ساخنة للغاية مع الأشخاص الذين يعملون في هذا المجال طوال فترة إقامتي. لقد كانت تجربة ممتعة ومجزية للغاية.

لماذا من المهم عدم التسرع في نشر طرق الحماية

^{الكود الزمني - 29:50}

ديمتري: إذا قدمنا تشابهًا أساسيًا مع فيروس ومضاد للفيروسات ، فإن مجال نشاطك ومفهومك يوفران امتدادًا على شكل حرف T بعيدًا عن مسار السباق ، واحدًا تلو الآخر. هل يمكننا القول أن مثل هذا النهج سيخلق حزمًا جديدة من المشاكل وسيتعين حلها في مستويات أخرى ، وليس في مستوى واحد فقط ، كما هو الحال الآن؟

انطون:سؤال عادل جدا. هنا يجب أن أكون واضحا. بالطبع ، أنا مهتم أكثر بإيجاد طرق للهجوم. لكننا نعمل جميعًا في مجال توزيع المفاتيح الكمومية ، ونتقاضى رواتبنا مقابل ذلك ، ولا نريد حقًا وضع مكبر صوت في عجلاتنا الخاصة. هذا منطقي. عندما تتوصل إلى هجوم جديد على أنظمة توزيع المفاتيح الكمومية ، سيكون من الجيد التوصل إلى نوع من الإجراءات المضادة. لقد فعلناها ووجدنا طريقة للتعامل معها. إنه ليس أبسط شيء ، لكنه كذلك. من الممكن حل مثل هذه المشاكل ، لكن السؤال الآخر هو أنه عندما لا يتحدث الناس عن المشاكل ، فمن الواضح أنهم لا يأخذونها في الاعتبار. وبالتالي ، ليس لديهم أي تدابير مضادة.

^{الصورة: أنطون كوزوبوف}

ديمتري: هل هذا النهج نوع من الشفرة غير المعلنة ^{لمجتمعك} ؟

انطون:نعم ، لكنني أعتقد أنه ليس من الصواب تقديم حل. من المهم إثارة هذه القضية. ثم قد يجد شخص ما حلولًا جانبية تتجاوز ما لديك. إذا وضعتها كلها مرة واحدة ، فسيأخذها الناس ولن يكون هناك تطور في الفكر.

ديمتري: هل يمكننا بعد ذلك أن نقول إن الحل الخاص بك قد يكون شيئًا مثل إصدار تجريبي ، وقد يكون هناك شيء أكثر إثارة للاهتمام قمت بحفظه لنفسك في مكان ما في الغلاف؟

انطون: ربما.

قليلا عن التفاعل مع المنظمات التنظيمية

^{الكود الزمني - 33:09}

ديمتري: هذا المجال ينصب على اهتمام جميع أنواع الهيئات التنظيمية والخدمات الخاصة. كل هذا يستغرق وقتا من وجهة نظر تنسيق بعض التطورات؟

أنطون: هذا سؤال جيد جدًا! سأحاول الرد عليها بأكبر قدر ممكن من المراوغة. يستغرق هذا جزءًا كبيرًا من الوقت الذي يمكن أن يقضيه في مشاريع علمية حقيقية. لكنني أفهم سبب أهمية هذا.

ديمتري: كما هو الحال مع الشهادة التي تحدثنا عنها سابقًا. لا يمكنك ببساطة توظيف مساعد يتواصل معك. هل يتعين على العلماء شرح الفروق الدقيقة مباشرة لجميع المنظمات المسيطرة ومساعدتهم على اكتشافها؟

انطون:نعم ، هذا بالضبط ما هو عليه. هذا هو النهج الصحيح. لا أحد يستطيع أن يشرح أكثر من نفسك ما فعلته. إذا لم تتمكن من القيام بذلك ، تظهر أسئلة حول حقيقة إنجازاتك. لكن إذا كانت هناك فرصة لممارسة العلم فقط ، فإنني أفضل أن أفعل العلوم فقط. لكن كل هذا جزء مهم من عملنا ، والذي نقوم به أيضًا.

ديمتري: هل لديك وقت لمشاريع شخصية؟

انطون:سؤال صعب. نحن نجد الوقت ونفعل أشياء الطرف الثالث. هذه مشاكل جوهرية أكثر. خذ على سبيل المثال النقل الآني الكمي - على سبيل المثال ، نحن نعد منشورًا حول هذا الموضوع. نأخذ مسائل أخرى ، شيء من البصريات الكمومية ، من نظرية المعلومات الكمومية. هذه أشياء مثيرة للاهتمام. نحاول إيجاد الوقت لأن العيش بدونه ممل تمامًا. من المستحيل التعامل مع الأوراق وحدها. من الضروري الانخراط في العلم.

في التمييز بين العلوم الأساسية والتطبيقية

^{الكود الزمني - 36:07}

ديمتري: إذا حاولت تقييم معدل التغيير في مجالك ، حجم المنشورات العلمية. كيف تؤثر على عملك واهتمامك بالصناعات ذات الصلة؟

انطون: منطقتنا موضوع ساخن. يخرج كمية هائلة من المقالات. حتى عدد المقالات ذات الصلة حقًا ضخم. يصعب تتبع كل منهم ، إنه ببساطة مستحيل.

ديمتري: هل الاعتماد على عملية التتبع هذه قوي؟ أم أن مشاريعك معزولة بما يكفي للحفاظ على تركيزك وعدم تشتيت انتباهك؟

انطون:العزل هو أكثر من عيب. عندما تغرق في عصيرك ، تتوقف عن ملاحظة الأخطاء. قد تعتقد أنك تفعل كل شيء بشكل صحيح ، ولكن في مكان ما يتسلل خطأ جوهري إلى أنك مفقود. إنه لأمر جيد عندما يكون هناك أشخاص في العالم يقومون بأشياء مماثلة. إذا حصلت على شيء مشابه إلى حد ما ، فأنت تسير في الاتجاه الصحيح. إذا اختلفت النتائج ، فهذا سبب للتحدث ومعرفة من هو على حق.

ديمتري: لكن العمل يجري في دائرة مغلقة نسبيًا من الناس؟ ليسوا مئات الأشخاص؟

انطون:عادل ، لكن ليس دائمًا. في مجموعتنا ، يشارك ثلاثة أشخاص في إثبات الصمود - أنا وزميلي ومستشارنا العلمي. إذا أخذنا مجالًا أوسع - البصريات الكمومية ، ونظرية المعلومات - فنحن خمسة أشخاص. إذا تحدثنا عن أنظمة توزيع المفاتيح الكمومية ، فهناك أشخاص في موسكو ونوفوسيبيرسك وكازان. لكن في أوروبا والولايات المتحدة ، هذه مجموعات نظرية كبيرة.

ديمتري: كيف يتم تمييز هذا الاختلاف في المقياس؟

انطون:هذه طرق مختلفة لتطوير العلم. هنا يختلف عن الأوروبي. العلم هنا يتبع مسار البحث التطبيقي ، المطلوب والمناسب الآن. أنا لا أدين هذا النهج ، لكنني أعتقد أنه ليس علميًا للغاية. أنا معجب أكثر بالعلم الغربي - التمييز الواضح بين العلوم الأساسية والتطبيقية. عندما لا تكون هناك حاجة للمطالبة بأي نتائج عملية من العلوم الأساسية في الوقت الحالي. لهذا السبب هو أساسي ، حتى لا يتم التعامل مع الأشياء التطبيقية.

على وجه الخصوص ، العودة إلى زيورخ. إنه معهد كبير يتعامل حصريًا مع البحوث الأساسية. يدرس الناس ما يفسر أسس الكون لنا ، ويساعدنا على فهمها بشكل أفضل. يأتون إلى هناك لأنهم يريدون فعل ذلك بالضبط. مصلحتنا مصحوبة بالحاجة ، الحاجة لعمل شيء آخر في الوقت الحالي. لذلك ، هناك مثل هذا الاختلاف في الإدراك والتنمية. هذان مساران مختلفان تمامًا.

ديمتري: هل هذا يعتمد على أفق التخطيط للمنظمة المسيطرة أو المجتمع العلمي أو أي شيء آخر؟

انطون:هذا ينظمه المتبرع. من يدفع يستدعي اللحن. نرى اهتمامًا كبيرًا بالحصول على نوع من المعدات هنا والآن. هناك أسس في أوروبا للبحث الأساسي. هذا يعتمد على من يعطي المال.

حلقات أخرى من البودكاست الخاص بنا على حبري:

بودكاست: القرصنة الكمية ومشاركة المفاتيح