Kvantu šifrēšana

Doties uz digiTuvi jaunumiem

Leo Trukšāns | LVRTC Vadošais kvantu atslēgu izplatīšanas inženieris

Kvantu tehnoloģiju attīstība ir radījusi milzīgu interesi tehnoloģiju, biznesa un valsts pārvaldes aprindās. Viena no aizraujošākajām inovācijām ir kvantu šifrēšana – nozare, kas piedāvā kvantu fizikas principos radītu un pat ar kvantu datoru nesalaužamu komunikācijas drošību. Līdz ar kvantu datoru attīstību kļūst arvien skaidrāks, ka tradicionālās šifrēšanas metodes nākotnē var kļūt neaizsargātas. Tāpēc kvantu šifrēšana tiek uzskatīta par būtisku nākotnes IT drošības sastāvdaļu. Lai saprastu, kā šī tehnoloģija var mainīt mūsu pasauli, aicinām uz sarunu VAS “Latvijas Valsts radio un televīzijas centrs” vadošo kvantu atslēgu izplatīšanas inženieri Leo Trukšānu.

Kas ir kvantu šifrēšana un kā tā atšķiras no tradicionālajām šifrēšanas metodēm?

Kvantu šifrēšana (precīzāk – kriptogrāfija) ir zinātnes apakšnozare, kas lieto kvantu mehānikas īpašības kriptogrāfijas funkcijās. Viena no praktiski lietojamām tehnoloģijām ir QKD, kas ļauj divām pusēm vienoties par kopīgu šifratslēgu ar garantiju, ka neviens pa ceļam to nav redzējis.

Kāda ir galvenā kvantu šifrēšanas priekšrocība salīdzinājumā ar pašreizējām šifrēšanas tehnoloģijām?

Kvantu šifrēšanā lietotās kvantu mehānikas īpatnības paver jaunas iespējas, kas nebija iespējamas ar klasiskām šifrēšanas tehnoloģijām. Piemēram, ar QKD tehnoloģiju var vienoties par simetrisku šifratslēgu, vienošanās procesā vispār nelietojot asimetrisko kriptogrāfiju. Tas padara šifrēta savienojuma izveides procesu drošu pret kvantu datoriem nākotnē, jo tie varēs lauzt pašreizējās asimetriskās kriptogrāfijas metodes.

Pastāstiet vairāk par Jūsu uzsākto kvantu komunikāciju infrastruktūras izveides projektu. Kas ir tā īstenotāji? Kādi ir tā mērķi?

Nacionāla līmeņa kvantu komunikācijas infrastruktūras sistēmu un tīklu izveides projekts (saīsināti – LatQN) ir LVRTC un vēl trīs partneru (LU MII, SIA Tet, VAS Elektroniskie Sakari) kopīgs projekts, kura uzdevums ir Latvijā izveidot eksperimentālu QKD tīklu, kas kalpotu kā smilškaste saistītu tehnoloģiju un tīkla lietojumu izstrādei un aprobācijai. Projektā ir arī citas aktivitātes, kas saistītas ar QKD tehnoloģijas iespēju izpēti un jaunu risinājumu izstrādi.

Kādi ir galvenie izaicinājumi, ar kuriem Jūsu komanda saskaras šī projekta īstenošanas gaitā?

Viens izaicinājums ir visai ierobežotais komerciālu QKD iekārtu piedāvājums un to salīdzinoši agrīna attīstības stadija. Tāpat QKD tehnoloģija ir ar specifiskiem darbības principiem un iespējamiem pielietojumu veidiem.

Vai kvantu šifrēšana ir pilnīgi neievainojama? Vai pastāv iespēja, ka nākotnē to varētu “uzlauzt”?

QKD tehnoloģijas drošības pierādījums ir balstīts kvantu stāvokļa neklonējamības principā – to nevar nolasīt nesabojājot. Šis fizikas princips tiek uzskatīts par fundamentālu. Tomēr, kā nereti gadās kriptogrāfijā, arī QKD risinājumiem var būt ievainojamības tieši realizācijā. Piemēram, tiek pētīta iespēja, kā noteikt fotonu stāvokļus optikas šķiedrā ar netiešiem mērījumiem, cerot, ka raidītājā dažādu polarizāciju fotonu pulsi tiek izstaroti no lāzeriem ar atšķirīgām īpašībām. Ja iekārta ir uzbūvēta precīzi, tad šāds “uzbrukums” nebūs iespējams, bet ja neprecīzi…

Kā Jūs redzat kvantu šifrēšanas nozīmi, ja salīdzinām to ar citiem kvantu tehnoloģiju pētījumiem, piemēram, kvantu skaitļošanu?

Šķiet, ka kvantu datoru būvniecība varētu būt mūsdienu galvenais “kvantu sacensības” dzinulis, un tur ir virkne interesantu rezultātu. Tomēr kvantu šifrēšana, vismaz QKD tehnoloģija, savā ziņā ir “apsteigusi” kvantu skaitļošanu, jo jau pašlaik piedāvā gatavus risinājumus šifrēšanai, ko nevarēs uzlauzt ar kvantu datoru.

Cik tuvu vai tālu mēs esam no brīža, kad kvantu šifrēšana kļūs par reālu komerciālu risinājumu un kādās jomās to varētu pielietot pirmām kārtām?

QKD jau ir komerciāls risinājums. Pašā sākumā ir QKD “tirgus”, it īpaši pieprasījums. Tādā ziņā QKD kā komerciāls pakalpojums pagaidām ir teorētisks, ar dažiem vairāk vai mazāk mākslīgiem piemēriem pasaulē. Visinteresantākais tāds pakalpojums varētu būt organizācijām ar augstām drošības prasībām informācijas apmaiņai. Projektā mēs pētām iespēju QKD pielietot veselības aprūpē un finanšu sektorā.

Kādi ir potenciālie ieguvumi no kvantu šifrēšanas valdībām, finanšu sektoram un veselības aprūpes industrijai?

Konfidenciāla informācijas apmaiņa, kas ir droša pret uzbrukumu ar kvantu datoru.

Vai kvantu šifrēšana būs pieejama tikai lieliem uzņēmumiem un valdībām, vai arī tā būs pieejama arī plašai sabiedrībai? Kā Jūs redzat starptautisko sadarbību kvantu šifrēšanas jomā? Vai tas ir globāls izaicinājums?

Pašlaik QKD risinājumi ir dārgi un ar augstām prasībām pret infrastruktūru. Bet to ražotāji strādā pie to efektivizēšanas. Starptautiskā sadarbība ir nepieciešama, jo nacionālie kvantu tīkli var tikt savienoti starptautiskos tīklos gluži, kā atsevišķu operatoru datortīkli – vienā kopīgā Internetā. Eiropas Komisija atbalsta kopīga Eiropas kvantu tīkla izveidi – EuroQCI.

Kā Jūs vērtējat kvantu šifrēšanas tehnoloģijas ietekmi uz privātuma un personas datu aizsardzību nākotnē?

Pozitīvi. QKD tehnoloģiju var lietot gan datiem kustībā (parastais tās pielietojums), gan datiem mierā – šifrējot tos ar vairākām atslēgām, kas droši izplatītas vairākās QKD tīkla vietās. Tas viss uzlabo konfidencialitāti, t.sk., privātai informācijai.

Kādi ir Jūsu ilgtermiņa mērķi kvantu tehnoloģiju izpētē? Kā Jūs redzat šo jomu attīstību nākamajos desmit gados?

Kvantu tehnoloģijas kopumā varētu kļūt par vienu no šī gadsimta cilvēces lielākajiem sasniegumiem. To darba lauks tagad strauji aug, un ticams, ka tā turpināsies. Ar lepnumu varam atzīmēt, ka Latvijā ir ievērojama zināšanu kapacitāte kvantu tehnoloģijās, un LVRTC ir uzņēmies vadību kvantu tehnoloģiju ieviešanai sakaru nozarē.