QKD Security workshop — семинар, который объединяет лучших ученых в области доказательств секретности квантового распределения ключей.   В этом году мероприятие состоялось в Университете Торонто (Канада), а его единственным участником из России стал ученый из Университета ИТМО — аспирант факультета Фотоники и оптоинформатики, сотрудник международной лаборатории Квантовой информатики Антон Козубов. На семинаре он выступил с докладом о своей работе, а в интервью ITMO.NEWS рассказал о том, над чем сегодня работают ведущие лаборатории мира и какие задачи еще предстоит решить на пути создания более совершенных методов защиты информации.
  Quantum Key Distribution (QKD) Security workshop организуется закрытым сообществом специалистов, сюда приглашают всего 30 ведущих ученых в области квантовой криптографии. Что это за специалисты и какими конкретно вопросами они занимаются?
  Стоит начать с того, что вопрос защиты информации на сегодняшний день является очень актуальной темой. Некоторые уже давно поняли, а некоторые только начинают понимать, что современные методы криптографии нам не сильно подходят, ведь они основаны на предположении, что у злоумышленников просто недостаточно вычислительных мощностей. Так строить свою защиту нельзя. Стойкость нашей зашифрованной информации со временем падает, поэтому нам нужно переходить к другим парадигмам. Другая парадигма, как раз позволяющая избежать того, что со временем стойкость информации падает, заключается в использовании квантового распределения ключей.
  Ученые, которые собрались на этом семинаре, — ведущие специалисты в этой области, они создают системы квантовой криптографии, доказывают их стойкость, разрабатывают новые протоколы, которые позволяют повышать эффективность этих систем и встраивать их в современную инфраструктуру.
  География специалистов, которые занимаются комплексом этих вопросов, достаточно обширна. Например, на семинаре присутствовали ученые из Канады, США, Китая, Швейцарии, Англии, Чехии и России.

Университет Торонто

  Вы стали единственным участником из России. Как удалось войти в число приглашенных спикеров?
Семинар проводится второй год, и на него действительно можно попасть только по приглашению. Так получилось, что в этом году мне предложили выступить там с приглашенным докладом. Думаю, это связано с тем, что только в нашей группе мы разрабатываем новые идеи и рассматриваем разные подходы к доказательствам стойкости систем квантового распределения ключей (КРК). Другие специалисты, которые работают в России по данной тематике, предпочитают скорее идти по проторенной дорожке, а в этом случае сложнее добиться новых выдающихся результатов.
 
  Квантовые коммуникации, как и, безусловно, любая область сегодня, постоянно развивается. Какие вопросы являются наиболее актуальными для сообщества сейчас?
  Тренды меняются каждый год. Например, в прошлом году сообщество говорило о том, что нужно максимально увеличивать дальность и производительность систем, но у этого был свой определенный линейный предел. А уже в этом году специалисты нашли способ, как обойти этот предел, и смогли предложить новые протоколы, которые позволяют еще больше увеличить дальность и скорость генерации ключей за счет того, что мы сделаем, например, недоверенный узел детектирования. Такие протоколы как раз очень активно сейчас разрабатываются, и все ведущие лаборатории мира пытаются представить свои варианты реализации.
  Пока реализации подобного рода протоколов в реальной жизни еще нет, все они пока находятся по большей части на лабораторных столах. Однако примеры реализации систем КРК в реальной жизни уже давно есть, примерно с 2010 годов почти все банки Швейцарии и Австрии пользуются соответствующими инструментами. Например, такие решения предоставляет банкам известная компания ID Quantique. В России с этим немного сложнее, потому что у нас, чтобы реализовывать такого рода продукцию, нужно получить лицензию. У нас в стране пока лицензированных продуктов нет, но, в частности, мы уже согласовали ТЗ с соответствующими органами и надеемся в скором времени пройти лицензирование.

Лаборатория Квантовой информатики Международного института Фотоники и оптоинформатики Университета ИТМО

  На семинаре вы представили собственный доклад. Над какими исследованиями работаете в последнее время лично вы?
 В нашей лаборатории уже много лет разрабатывается система квантового распределения ключей. Ее главное отличие в том, что она разрабатывается на особенном принципе формирования состояний (подробнее об особенности системы, разработанной в Университете ИТМО).
 То есть мы изначально пошли по нестандартному пути: первоначально у нас появился экспериментальный образец, а уже после, относительно недавно, мы начали разрабатывать под него теорию. И так как все это мы делали с нуля, то столкнулись с рядом сложностей и нетривиальных вопросов, которые раньше нигде не рассматривались, так как нигде такие состояния не используются. Это привело к тому, что работа в этом направлении помогла нам открыть совершенно новую, отдельную область исследований в квантовой теории информации.
 На сегодняшний день практически все ведущие лаборатории в мире используют один и тот же протокол для функционирования своих систем, соответственно они применяют практически одинаковые методики и способы доказательства стойкости этих протоколов. Мы же, в свою очередь, показали, что в нашем разрезе такие методики не валидны, ими нельзя пользоваться — и это один из новых результатов. Кроме того, мы разработали доказательства, которые как раз позволяют учитывать разные аспекты. Например, раньше рассматривались только квантовые каналы как линейные отображения, мы же можем рассматривать их и как нелинейные. Таким образом, мы расширяем существующую теорию.
На семинаре я рассказал о протоколах, которые мы у себя реализуем, про то, как мы с ними работаем, а также представил способ доказательства стойкости протокола, который мы используем. Получилось так, что мы забежали немного вперед всей мировой индустрии. Еще год назад в отношении наших доказательств, которые тогда мы только начали предлагать, говорили, что они никому, кроме нас, не интересны. А сейчас Twin-Field (новый протокол квантового распределения ключей, который позволяет передавать ключи на расстояния более 1000 км без доверенных ретрансляторов или квантовых повторителей — прим.ред.), которым все активно занимаются, использует практически такие же состояния, и, соответственно, нашими подходами интересуются уже во всем мире.
 
  Этот интерес идет пока только со стороны научного сообщества?
  Пока да. Но, на мой взгляд, уже есть все предпосылки того, чтобы этим начала интересоваться и индустрия. Мы уже смогли выйти на необходимые производственные мощности. Кроме того, уровень технологий уже вышел на тот этап, когда это может применяться в реальной жизни. И опыт наших зарубежных коллег показывает, что это реально.
Быстрее всего эти подходы могут быть использованы в той же банковской сфере, в государственном секторе, в военных структурах — в тех областях, где защита информации требует наиболее трепетного отношения, где любая утечка информации может привести к краху.
 
  В целом когда говорят о преимуществах квантовой криптографии, прежде всего отмечают, что квантовые коммуникации гарантируют абсолютную неуязвимость линий оптической связи для хакерских атак, поскольку в системе квантовых коммуникаций на защиту данных встают фундаментальные законы квантовой физики. Однако свои проблемы и риски, безусловно, есть. Над какими проблемами работаете вы в своей научной группе?
  Риски есть всегда, куда же без них. Но тут надо подчеркнуть очень важную вещь: раньше по разным, скорее всего, маркетинговым причинам люди говорили, что квантовое распределение ключей позволяет обеспечить абсолютную стойкость зашифрованной с помощью этих ключей информации. Но нужно понимать, что это неправда, даже более того, это не является задачей квантового распределения ключей. Его задача заключается в том, что со временем стойкость вырабатываемых системой ключей не будет меняться, в отличие от той криптографии, которая у нас есть на сегодняшний день. Там стойкость ключа падает, иногда даже экспоненциально, со временем, а у нас она остается неизменной.
  Мы сейчас работаем над еще большим обобщением области, в которую мы зашли, потому что пока вопросов больше, чем ответов. В частности, необходимо разрабатывать новое обобщенное понятие оценки информации в подобных системах, так как те способы, которые мы имеем на сегодняшний день, не позволяют делать это адекватно, приходится делать это с помощью разных «костылей», перенормировок и прочего. А нам хотелось бы понять, как это можно сделать в общем виде и за одну итерацию.

  Насколько активно вы работаете с международным сообществом, зарубежными коллегами?
 Люди в нашей области очень открыты. Например, в прошлом году мы провели больше месяца в Цюрихе у нашего коллеги, одного из ведущих ученых в области Ренато Реннера(Professor for Theoretical Physics and head of the research group for Quantum Information Theory in ETH Zurich), который фактически является одним из основателей той науки, которой мы занимаемся. На семинаре в Канаде мне также удалось предметно пообщаться с коллегой из Китая, который заинтересован в сотрудничестве и проведении совместных исследований.
 
Редакция ITMO.NEWS, Елена Меньшикова