🌹 🤹🏻 ⛈️ ポッドキャスト：量子ハッキングとキー共有 😥 🍃 🚞

第3版には、量子プロセスと測定の研究室の理論グループの責任者であるアントンコズボフが出席しました。彼の仕事と業界の詳細について話し合った。

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^{写真：アントン・コズボフ}

業界の詳細について一言

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dmitrykabanov：私の知る限り、あなたは非常に専門的なトピックに取り組んでいます。

アントン：はい、そのような意見はありますが、私たちはより基本的なことに移ろうとしています。ますます多くの人々が量子暗号の分野に興味を持っていますが、それは科学の最もホットな分野ではありません。ここには良い基盤がありますが、テクノロジーはすでに開発のエンジニアリング段階に入っています。

前世紀の80年代にすべてが発展し始め、科学的基準によって多くの時間が経過しました。科学者たちは、理論と実験から実際のモックアップと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、IDQuantiqueが運営されているスイスに長い間存在していました。彼らは2005年か2006年に始まり、この10年で、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。これらはもはや未来の技術ではありません。

そのようなシステムの秘密を証明するという観点からは、まだ多くの疑問があります。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、基本的な原則はすでに推測されています。

ドミトリー：専門家がこの分野を詳細に研究するようになったきっかけを教えてください。彼らは最初の問題と直面した課題をどのように説明しましたか？

アントン：それは面白い話です。科学でいつも起こるように、彼らはそれが面白くなったという理由だけでトピックを研究し始めました。特別な目的はありませんでした。そして、これは絶対に安全なデータ転送方法であると信じられていましたが、当時は非常に進歩していました。情報セキュリティの話題はますます重要になりましたが、それに加えて、さまざまな量子効果を使用して新しいタイプのコンピューターを作成することが可能であるという結論に達しました。それらには、既存の暗号を破る機能など、非常に興味深い機能があります。

ドミトリー：たとえば冷戦の前に、保護の問題がありました。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の時期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ができます。しかし、面白いことに、量子暗号の分野は、ITの分野にもっと関係のある2人の人々によって発見されました。基本原則が説明された最初の作品は、IT会議で発表されました。そうです、それはそこから来ています。

ドミトリー：どうやってこの地域に来たのですか？あなたの動機は何でしたか？

アントン：率直に言って、同じことが面白かったです。しかし、当初、私は量子暗号化を行うつもりはありませんでした。量子テレポーテーションから始めました..。たまたま、このトピックに関するタスクは実験室のニーズに対してそれほど緊急ではなかったので、私は量子暗号に切り替えました。しかし、1つのことを行うことは特に興味深いことではなく、相互に関連する領域も多いため、私たちの活動の高度に専門化された性質について話すことはできません。

関連分野の科学者のための機会

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ドミトリー：カナダの会議への参加についてのメモから、かなり限られた人々の輪がこのトピックに従事していると言えます。あなたの分野の専門家の数を見積もることができますか？それともまだ非常に閉鎖的なクラブですか？

アントン：それは閉鎖されていますが、それのエリート部分に関連しているだけです。情報の量子論をさまざまな形で研究している人は世界中にたくさんいます。彼らの数をどうやって見積もるのか私には分かりませんが、会議に出席したのは間違いなく30人以上です。

これは1000分の1でもないと思います。これは科学の最も進んだ分野の1つであるため、多くの人が行きます。すべての主要な研究所には研究所があります量子情報理論または量子光学および関連するもの。もう一つの問題は、量子暗号システムの強さの証明のような専門的なニッチに何人の人々が没頭しているのかということです。

このコミュニティは小さいですが、それでも広大です。会議に出席したのは、この分野の主要な専門家だけではありませんでした。それらは世界中に約100あります。量子暗号システムのセキュリティの証明は、最近、2000年代初頭に登場しました。この分野で働く人々は以前に他のことをしました。たとえば、量子光学、基礎研究。それらはまだ関連しています。彼らは物理学から私たちの分野にやって来ました。

古典的な情報理論や数学から来た人もいます。さまざまなエントロピーが、回復力の証拠を評価する上で決定的な役割を果たします。他にそれらが使用される場所は熱力学です。情報理論で量子エントロピーがどのように機能するかを理解している人は、その知識を量子熱力学に適用できます。この分野の第一人者の一人であるチューリッヒのレナート・レナーはそこで量子情報理論に従事しており、サンタバーバラでは量子熱力学に関する講義を行っています。

コミュニティが直面している課題は何ですか

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ドミトリー：今日はどのような問題に取り組んでいますか？最前線にはどのようなタスクがありますか？さらに移動する必要があるバーを表すものは何ですか？

アントン：これは2つの異なる側面から議論することができます。私の意見では、適用された部分はあまり面白くありません。量子キー分布はすでに産業規模ですが、誰もがそれが自分たちの前にある量子分布であり、他のものではないことを確認する方法を理解したいと思っています。このためには、機器の認証が必要であるため、エンジニアリングの部分に加えて、専門規格の開発が世界の主要な問題の1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向けています。

私たちの仕事の第2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、データがまだ有効である間、攻撃者がデータを復号化するのに十分な計算能力を持っていないという仮定に基づいています。しかし、そのような仮定が常に正しいとは限らない可能性があるため、データ保護の別のパラダイムに移行して、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必要があります。

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これらのプロパティにより、攻撃者の能力を別の観点から見ることができます。攻撃者をイブと呼びます（盗聴者から）。私たちは、物理法則の範囲内で可能なすべてのものをイブに与えると言います。量子メモリ、理想的な検出器-私たちにはそれほど近いものはありませんが、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、私たちが知らない限り、彼女は鍵に関するデータを受け取らないと言います。量子暗号のパラダイムは、もともとこれに基づいて構築されました。

しかし、私たちが単一の光子について話している限り、それはすべてうまくいっています。ただし、単一光子の発生源は非常に気まぐれで、低速で高価なものであるため、このプロセスでそれらを使用する人は誰もいません。すべて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たプロパティとどのように戦うのですか？

アントン：レジリエンス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。これはまだ実行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、つまりコヒーレントな弱体化状態を正確に使用していない状況では、回復力の証明でこれを考慮する必要があります。私たちはこれを行っており、全世界がこの方向に進んでいます。

ドミトリー：このアプローチでは、通信チャネルの両端にある機器が考慮されていますか？

アントン：当初、キーの量子分布では、イブがアリスとボブのボックスに入ることができず、通信チャネルにしかアクセスできないという事実のような近似を使用していました。これはあまり実行可能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、光ファイバまたは量子チャネルの光を使用して「設定」をノックダウンすることは非常に可能であると語っています。

この方向性は、認証の問題で考慮されます。モスクワに大きな研究所があり、おそらく世界で最も有名な「量子ハッカー」であるVadimMakarovが働いています。他の国では、これは非常に積極的に関わっています。私もこれに導きました。イブがどのように私たちの箱に入ることができるかは、エンジニアリング上の課題です。以前は自分を科学者だと思っていたので、イブを反対側から見るのは面白いと思います。たとえば、彼女がどのようにしてコミュニケーションチャネルに入り、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すること。私は善良な人、アリスとボブのために働くのではなく、量子キー配布システムへの攻撃の可能性を研究することを好みます。

量子ハッキングの簡単な紹介

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ドミトリー：そのような攻撃の特徴を説明できますか？

アントン：一般的に受け入れられている特性は、3つのクラスに分けられます。個々の攻撃は、古典的な仲介者攻撃（MITM）に似ています。 2番目のタイプは、イブが量子チャネル内の各メッセージと何らかの形で相互作用し、そのような相互作用の結果を量子メモリに格納する場合、より抽象的です。その後、彼女はアリスとボブが合意のために実行する手順を待ち、さらに多くの情報を受け取り、測定を行います。これらは集団攻撃ですが、さらに抽象的な3番目のタイプがあります。実際のパラメータの推定値がそこに追加されます。

2番目のタイプの攻撃では、アリスとボブが無限のビット数を共有していると想定します。実際には、これは不可能であり、有限のボリュームに達するとすぐに、統計的な変動を示し始めます。彼らはイブの手に渡ることができます。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。これは注意が必要なことであり、すべての量子キー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。

キービットを正確に転送し、キーを形成することを理解することが重要です。それらをさらにどのように使用するかはあなたの良識にあります。ここで暗号化の問題が発生します。これらのキーを使用するだけで、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、それは役に立ちません。セキュリティを確保する唯一の方法は暗号パッドです。その後、質問はありませんが、このためには、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。

 量子キー分布の本質は、すべてのイブの攻撃に対して、アリスとボブだけが知っているような量の割り当てられたビットを割り当てることができるということです。イブは彼のことを知りません。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安全に自信を持って、イブが防御を迂回するような方法ですべてを手配するように、そのような攻撃を考え出すことに興味があります。

^{— 26:18}

ドミトリー：最前線でのそのような仕事は、国際社会の同僚の結果を簡単に否定することができることがわかりましたか？

アントン：あなたが話したカナダのセミナーについてのそのメモ、それはまさにそれについてです。そこで私は、これがまさに私たちがしたことであり、それがネガティブな勢いを引き起こしたと言いました。説明可能です。人々は25年間科学に従事してきましたが、その後誰かが来て、彼らの結果は完全に正しくなかったと言います。また、それがどのように正しいかを示しています。それは私にとって非常に傲慢でした。しかし、私たちは多くの人が考慮も考慮もしていない攻撃を行うことができたと信じています。

ドミトリー：少なくとも一般的な言葉でそれを伝えて説明してもらえますか？

アントン：はい。おかしなことに、このインターセプトフォワード攻撃は考えられる最も単純なものです。私が言うように、それだけがいくらか修正されて複雑です。今日、レジリエンスの証拠を見るとき、人々はすべての量子チャネルがアリス、ボブ、イブの間の情報の再配布をどのように単純に記述しているかについて話します。

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ます。状態が変化し、ボブに課せられる次元を含むように、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、チャネルの真ん中に何かがあります。それは、状態、区別するもの（ボブに送信するもの、区別しないもの）ブロックを区別しようとします。したがって、ボブに来るすべてのもの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、世界中の誰もそれについて話しません。

ドミトリー：そして、あなたはそのような攻撃の理論的な可能性を示しました。

アントン：はい、私はトロントでこれについて話しました。私が生きている限り、この分野で働いている人々と非常に熱心な議論をしました。それは興味深く、非常にやりがいのある経験でした。

保護方法を急いで公開しないことが重要な理由

^{タイムコード-29：50}

ドミトリー：ウイルスとアンチウイルスとの基本的なアナロジーを与えると、あなたの活動と概念の分野は、レースの軌道から離れたT字型の延長を次々に提供します。そのようなアプローチは問題の新しいクラスターを作成し、それらは現在のように1つだけでなく、他の平面で解決する必要があると言えますか？

アントン：非常に公正な質問です。ここで私は明確でなければなりません。もちろん、私は攻撃する方法を考え出すことにもっと興味があります。しかし、私たちは皆、量子キー配布の分野で働いており、それに対して報酬を受け取っています。そして、私たちは自分たちの車輪にスポークを置きたくありません。これは論理的です。量子鍵配布システムへの新たな攻撃を思いついたとき、何らかの対策を考え出すのは良いことです。私たちはそれを行い、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、そうです。そのような問題を解決することは可能ですが、別の問題は、人々が問題について話さないとき、彼らがそれらを考慮に入れていないことは明らかであるということです。したがって、対策はありません。

^{写真：Anton Kozubov}

Dmitry：このアプローチは、あなたのコミュニティのある種の暗黙のコードですか？

アントン：はい、しかし私は解決策を提案することはあまり正しくないと思います。問題を提起することが重要です。その後、誰かがあなたが持っているものを超えた副次的な解決策を見つけるかもしれません。すべてを一度に出すと、人々は既製のものを手に入れ、思考の発達はありません。

ドミトリー：それでは、あなたのソリューションはベータ版のようなものであり、スリーブのどこかに、あなたが自分のために保存したさらに興味深いものがあるかもしれないと言えますか？

アントン：たぶん。

規制機関との相互作用について少し

^{タイムコード-33：09}

ドミトリー：このエリアは、あらゆる種類の規制機関や特別サービスの注目を集めています。これはすべて、開発を調整するという観点から時間がかかりますか？

アントン：それはとても良い質問です！私は可能な限り回避的にそれに答えようとします。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、なぜこれが重要なのか理解しています。

ドミトリー：先ほどお話しした認証と同じです。あなたは単にあなたのために通信するアシスタントを自分で雇うことはできません。科学者はニュアンスをすべての管理組織に直接説明し、彼らがそれを理解するのを助ける必要がありますか？

アントン：はい、まさにその通りです。これは正しいアプローチです。あなたがしたことをあなた自身よりよく説明できる人は誰もいません。これができない場合、あなたの業績の現実について疑問が生じます。しかし、もし科学だけをする機会があれば、私は科学だけをやりたいと思います。しかし、これはすべて私たちの仕事の重要な部分であり、私たちもそうしています。

ドミトリー：個人的なプロジェクトの時間はありますか？

アントン：難しい質問。私たちは時間を見つけて、サードパーティのことをします。これらはより根本的な問題です。量子テレポーテーションを取り上げます。たとえば、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、量子光学から、量子情報理論から何かを取ります。これらは興味深いものです。それなしで生きることは完全に退屈なので、私たちは時間を見つけようとしています。論文だけを扱うことは不可能です。また、科学を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、科学出版物の量を見積もろうとすると。それはあなたの仕事や関連業界への関心にどのように影響しますか？

アントン：私たちの地域はホットな話題です。大量の記事が出てきます。本当に関連性のある記事の数でさえ膨大です。それらのすべてを追跡することは困難です、それは単に不可能です。

ドミトリー：そのような追跡プロセスへの依存は強いですか？または、プロジェクトは、集中して気を散らさないように十分に分離されていますか？

アントン：絶縁はもっと不利です。ジュースを煮込むと、間違いに気付くのをやめます。あなたはあなたがすべてを正しくやっていると思うかもしれません、しかしどこかであなたが行方不明であるという根本的な間違いが忍び寄ります。同じようなことをしている人が世界中にいるといいですね。ある程度似たようなものがあれば、正しい方向に進んでいます。結果が異なる場合、これが話し合い、誰が正しいかを見つける理由です。

ドミトリー：しかし、作業は比較的閉じた人々の輪の中で行われていますか？何百人じゃないの？

アントン：公平ですが、常にではありません。私たちのグループでは、私、同僚、科学顧問の3人が回復力の証明に関与しています。量子光学、情報理論など、より広い分野をとると、私たちは5人になります。量子キー配布システムについて言えば、モスクワ、ノボシビルスク、カザンに人々がいます。しかし、ヨーロッパと米国では、これらは大きな理論上のグループです。

ドミトリー：この規模の違いはどのように特徴づけられますか？

アントン：これらは科学を発展させるさまざまな方法です。ここはヨーロッパのものとは異なります。ここでの科学は、現在必要で関連性のある応用研究の道をたどっています。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思います。私は西洋のもの、つまり基礎科学と応用科学の明確な区別にもっと感銘を受けました。現在、基礎科学に実際的な結果を要求する必要がない場合。だからこそ、応用物を扱わないことが基本です。

特に、チューリッヒに戻ります。基礎研究のみを扱う大規模な研究所です。人々は私たちに宇宙の基礎を説明するものを研究し、私たちがそれらをよりよく理解するのを助けます。彼らはまさにそれをしたいのでそこに来ます。私たちの関心には、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、知覚と発達にはそのような違いがあります。これらは2つの完全に異なるパスです。

ドミトリー：この必要性は、管理組織、科学界、または他の何かの計画期間に依存しますか？

アントン：これはドナーによって規制されています。支払う人は誰でも曲を呼びます。私たちは今ここにある種の機器を持つことに大きな関心を持っています。ヨーロッパには基礎研究のための基盤があります。それは誰がお金を与えるかによります。

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