Študentská osobnosť Slovenska tvorí bezpečné šifry

Mladý matematik našiel uplatnenie na Slovenskej technickej univerzite – v oblasti postkvantovej kryptografie. Jednoduchšie sformulované – na Fakulte elektrotechniky a informatiky skúma šifrovanie, ktoré by odolalo aj útokom novej generácie počítačov. Vlani aj za svoje výskumy v tejto oblasti získal ocenenie Top študentská osobnosť Slovenska v akademickom roku 2016/2017.

Venujete sa počítačovým šifrám. Kedy som s nejakou mohol prísť naposledy do kontaktu?

Určite, keď ste sa prihlasovali do internetbankingu. Ale mohlo to byť aj pri odpisovaní na e-mail, pri nakupovaní v internetovom obchode. Šifry dnes ľudia využívajú každodenne bez toho, že by si to uvedomovali. Keď si napríklad lepšie všimnete v internetovom prehliadači riadok, do ktorého píšete adresu webu, občas sa tam zobrazí malá ikonka zámku. Signalizuje, že dátový prenos je šifrovaný a keď si necháte zobraziť podrobnosti, uvidíte aj podľa akého konkrétneho protokolu. V praxi to znamená, že informácie, ktoré stránke poskytnete, sa zašifrujú a váš počítač opustia v zakódovanej forme, a teda si ich nemôže prečítať nik nepovolaný.

Už v blízkej budúcnosti, keď vzniknú prvé výkonné kvantové počítače, by súčasné šifry mohli stratiť účinnosť. Snažíte sa vo vašom odbore, teda postkvantovej kryptografii, vymyslieť systém, ako tejto situácii zabrániť?

Presne tak. V našom odbore je cieľom nahradiť súčasné šifry takými, ktoré budú odolné proti útokom kvantového počítača. V súčasnosti existuje viacero návrhov, ako by nové šifry mali vyzerať, a spolu s mojimi kolegami tieto návrhy skúmame.

Na internete je mnoho popularizačných článkov, ktoré sa laikom snažia vysvetliť, čo je to kvantový počítač. Aj tie najkratšie majú niekoľko strán. Naozaj sa nedajú opísať pár vetami?

Je to naozaj veľmi náročná úloha. Kvantový počítač je prístroj, ktorý funguje na princípoch fyzikálnej teórie, ktorá sa volá kvantová mechanika.

Myslím si, že stále nemáme konkrétnejšiu predstavu.

Takisto sa dá povedať, že je to počítač, ktorý vie niektoré úlohy riešiť oveľa rýchlejšie ako súčasné počítače. Spomeňme napríklad šifru RSA, ktorá je založená na rozkladaní čísiel na prvočísla. Dnešné počítače takéto úlohy nedokážu vykonať tak rýchlo, aby šifru rozlúštili. Kvantový počítač by to vedel, takže často využívaná šifra RSA v dnešnej podobe by vaše informácie pred výkonným kvantovým počítačom už neochránila.

NASA a Google od roku 2013 využívajú kvantový počítač kanadskej spoločnosti D-Wave Systems. Stále sa však vedú diskusie, či tento prístroj vôbec možno nazvať plnohodnotným kvantovým počítačom a či sa kvantový počítač vôbec podarí ľudstvu niekedy zostrojiť…

Musím zdôrazniť, že mojou oblasťou sú šifry, na kvantové počítače máme aj na Slovensku viacero iných expertov. Z materiálov, ktoré sa ku mne dostali, ale usudzujem, že v komunite fyzikov prevláda presvedčenie, že to, kedy budeme mať k dispozícii výkonné kvantovné počítače, je len otázkou času. Ak sa napríklad rozprávame o možnosti prelomiť šifru RSA, hovoríme o horizonte približne dvadsiatich rokov.

Prenos informácií cez internet je dnes citlivou témou nielen ochrany súkromia bežných ľudí, ale aj národných či korporátnych záujmov. Vyvoláva budúcnosť oprávnené obavy?

O kvalite šifrovania sa diskutuje neustále. Americký národný inštitút pre štandardy vyhlásil súťaž, ktorá má priniesť nové spôsoby šifrovania, ktoré odolajú útokom kvantových počítačov. A to sa už dostávame k môjmu výskumu. Pod vedením profesora Otokara Grošeka sa aj u nás na fakulte snažíme tieto nové šifry skúmať, preverujeme ich odolnosť, hľadáme ich slabiny či, naopak, možnosti, ako ich zefektívniť. Samozrejme, šifry analyzujú odborníci z celého sveta, nielen my, a po čase sa na základe takýchto analýz určia systémy, ktoré budú novým štandardom pre éru kvantových počítačov.

Aktuálne sa uchádzate aj o grant od NATO. Pre vojenské organizácie je šifrovanie asi tiež životne dôležité…

Ide o medzinárodný projekt podporený z programu NATO Veda pre mier a bezpečnosť (Science for Peace and Security). Zatiaľ sme prešli prvým dvoma kolami s najvyšším ohodnotením, takže je veľká nádej, že grant získame. Navyše, náš Ústav informatiky a matematiky FEI STU už raz bol súčasťou podobného medzinárodného projektu pre NATO – v rokoch 2013 – 2016. Tak ako v prvom grante, aj v druhom by mal byť NATO riaditeľom projektu môj školiteľ profesor Grošek. Tentoraz sa o grant uchádzame s kolegami zo Španielska, z USA a Malty. Výsledky, s ktorými prídeme, ale nepodliehajú nijakému vojenskému utajeniu, budú zverejnené ako pri akomkoľvek inom bežnom výskume.

Mimo vašej hlavnej oblasti bádania máte na konte aj iný zaujímavý výskum. Ak to veľmi zjednoduším – počúvaním zvukov, ktoré vydáva počítač, sa vám podarilo rozlúštiť šifrovaný prenos. To už znie ako zápletka zo špionážneho filmu.

Hovoríte zrejme o akustickom útoku na šifru RSA. Prvý raz sa takéto niečo podarilo tímu výskumníkov z Izraela v roku 2013. Na vysoko citlivý mikrofón nahrali zvuk, ktorý notebook vydával, keď dešifroval správu, a na základe toho sa im podarilo šifru zlomiť. Bol to veľký objav, pretože predtým neboli publikované žiadne prípady, kedy by útočník uspel pri dešifrovaní obyčajným nahrávaním zvuku.

Predtým nikto nerozkódoval nejakú šifru na základe zvuku?

Predtým boli známe útoky, pri ktorých pomocou nahrávania zvuku z klávesnice dokázali útočníci zistiť užívateľovo tajné heslo. Výskumníci z Izraela však dokázali pomocou merania zvuku určiť súkromný kľúč, ktorý šifra RSA používa na dešifrovanie, čo je informácia, ktorú je oveľa ťažšie získať. Nevyužívali pri tom zvuk z klávesnice, ale zvuk generovaný súčiastkami vnútri počítača. Počas dešifrovania je totiž procesor počítača rôzne zaťažovaný, a to ovplyvňuje, aký zvuk vydávajú komponenty v jeho blízkosti. Je potrebné dodať, že výsledok výskumníkov z Izraela neznamená, že RSA je zlá šifra. RSA je dobrá šifra, ale treba si dávať pozor na to, aby bola dostatočne dôsledne naprogramovaná. V prípade, že je naprogramovaná neodborným spôsobom, je možné na ňu vykonať akustický útok. Ale dôsledné naprogramovanie je dôležité pri každej šifre.

Aký bol váš prínos?

Dokázali sme s kolegom Ondrejom Gallom takýto útok s úspešným výsledkom zopakovať a momentálne skúmame, či by bolo možné podobný útok vykonať na špeciálne chránených počítačoch.

Šifra – útok – lepšia šifra – sofistikovanejší útok… Neukončí túto večnú naháňačku umelá inteligencia? Nedávno médiá informovali o počítačoch, ktoré si vymysleli vlastný jazyk, aby spolu komunikovali efektívnejšie. Nevymyslí umelá inteligencia napokon aj lepšie šifrovanie či spôsoby, ako dešifrovať čokoľvek, čo vymyslel človek?

Hovoríte o situácii, v ktorej by umelá inteligencia robila lepší výskum ako ľudia. Priznám sa, že som sa nad takouto možnosťou príliš nezamýšľal, možno aj preto, že to v našej oblasti momentálne nie je témou dňa.

Vy ste sa ku kryptografii dostali tak trochu náhodou.

Áno, šesť rokov som sa na vysokých školách venoval čisto matematike. Zaujímali ma jej rôzne oblasti, a časom som si uvedomil, že najviac sa mi páči algebra. Tá sa využíva aj v kryptografii, a keď som si po škole hľadal uplatnenie, zistil som, že v tejto oblasti vedie profesor Grošek na STU veľmi dobrý tím. Videl som príležitosť robiť dobrý výskum.

Ten by ste určite mohli robiť aj v zahraničí. Čím vás Slovensko zlákalo späť?

Ja som nikdy nechcel ostať v zahraničí dlhodobo. Po ukončení magisterského štúdia sa črtali možnosti robiť doktorandúru aj v cudzine, no na Slovensku mám väzby, rodinu, a tak som sa rozhodol vrátiť. Určite však zohralo svoju úlohu aj to, že som vedel, že aj u nás sa dá robiť v matematike či informatike kvalitný výskum.

Spadáte do schémy, ktorú vo svojom výskume opísala Martina Chrančoková z Prognostického ústavu SAV. Mladých Slovákov láka zahraničie najmä lepším vzdelaním a zárobkom, domov ich ťahá rodina. Kedy ste začali uvažovať o zahraničnej univerzite?

Študoval som na bratislavskom gymnáziu na Vazovovej ulici, keď som si začal viac čítať o slávnych univerzitách ako je Harvard, Massachusettský technologický inštitút či Oxford. Pomohol mi ale najmä program International Baccalaureate Diploma Programme na bratislavskom Gymnáziu Jura Hronca. Ide o študijný program v angličtine, ktorý sa končí medzinárodne uznávanou maturitou a hlásia sa naň študenti z celého Slovenska, takže je tam veľmi motivujúce prostredie. Takže to, že som si tam podal prihlášku a uspel, bol prvý krok k štúdiu v zahraničí. Druhým bol fakt, že som maturoval krátko po tom, ako Slovensko vstúpilo do Európskej únie, čiže finančné nároky na štúdium v Anglicku sa výrazne znížili.

Vaša prvá voľba padla na University of Warwick?

Nie, ja som sníval o Oxforde, no neuspel som na prijímačkách. Univeristy of Warwick však patrí k desiatim najlepším britským univerzitám a má veľmi silné matematické oddelenie, takže som bol spokojný.

Spomínate, že to bolo krátko po tom, čo Slovensko vstúpilo do EÚ. Briti sa vtedy obávali záplavy ľudí z východnej Európy. Samozrejme, že obavy sa týkali viac pracovného trhu, ale necítili ste nejakú nevraživosť aj vy ako východoeurópsky študent?

Škola mala poslucháčov z celého sveta, pohyboval som sa vo veľmi multikultúrnom prostredí, takže som ako človek z východnej Európy rozhodne nijako nevyčnieval. Naopak, Anglicko ma príjemne prekvapilo prístupom k cudzincom. Kým u nás sa v médiách objavujú hrôzostrašné príbehy o prístupe slovenskej cudzineckej polície, v Anglicku to v tomto smere bolo bezproblémové. Celkovo som mal z anglickej spoločnosti veľmi dobrý dojem.

Po ukončení bakalárskeho štúdia na Warwicku ste sa dostali na Cambridge. Aj vďaka štipendiu Nadácie Billa a Melindy Gatesovcov. Ako ste sa dostali práve k ich nadácii?

Počas štúdia v Anglicku som zistil, že za najlepšiu univerzitu pre matematikov sa považuje Cambridge. Škola ponúka veľmi zaujímavý magisterský program v matematike, tak som si podal prihlášku a v rámci nej sa nachádzala sekcia – žiadosť o štipendium. Nadácia Gatesovcov spolupracuje s Cambridge University, tak som na prihláške uviedol ich.

Zameriava sa bývalý šéf Microsoftu na podporu informatikov a matematikov?

To nie. Štipendium sa v tom čase udeľovalo jednak americkým študentom, aby mali možnosť vyskúšať si štúdium na kvalitnej európskej škole, druhá polovica štipendií bola určená študentom z celého sveta. Podporovali uchádzačov bez ohľadu na zameranie.

Odlišoval sa Cambridge od Warwicku?

Cambridge, ale aj Oxford sú špecifické školy v tom, že nepozostávajú len z fakúlt, ale aj z tzv. collegov. Cambridge napríklad pozostáva z tridsiatich collegov. Sú to vlastne veľké komunity – študenti aj pedagógovia bývajú priamo na kampuse, cieľom je vytvoriť akési učené, motivujúce prostredie. Stretávali sme sa spolu aj na obedoch, večeriach a naozaj to dobre fungovalo. Pre mňa ako matematika bolo ešte zaujímavé, že Cambridge mal veľké oddelenie matematiky, mal som možnosť rozprávať sa s mnohými svetovými odborníkmi, vďaka rôznym prednáškam sme boli v živom kontakte s matematickým dianím vo svete.