Το πρώτο στην Ελλάδα δίκτυο κβαντικής παραγωγής και διανομής κρυπτογραφικών κλειδιών ξεκίνησε να υλοποιείται από το Εργαστήριο Οπτικών Επικοινωνιών και Φωτονικής Τεχνολογίας του Τμήματος Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών του Πανεπιστημίου Αθηνών σε συνεργασία με τη Γενική Γραμματεία Τηλεπικοινωνιών και Ταχυδρομείων του Υπουργείου Ψηφιακής Διακυβέρνησης.

Τεχνολογίες υπερ-υψηλής ασφαλείας θα διασφαλίσουν το απαραβίαστο των κρίσιμων εθνικών δικτύων διακίνησης πληροφορίας, κυβερνητικών κόμβων αλλά και γενικότερα τομέων που απαιτούν υψηλά επίπεδα κυβερνοασφάλειας, όπως η διακίνηση ιατρικών δεδομένων, ο έλεγχος κρίσιμων υποδομών (ενέργεια, ύδρευση, κλπ) και ο χρηματοοικονομικός τομέας.

Το δίκτυο στην πρώτη φάση της ανάπτυξης και δοκιμαστικής λειτουργίας του χρησιμοποιεί την υποδομή εγκατεστημένων οπτικών ινών της Πανεπιστημιούπολης Ιλισίων. Βασίζεται σε δύο ζεύγη κβαντικών πομποδεκτών με προοπτική περαιτέρω αύξησης του αριθμού τους, σύστημα μεταξύ τους διασύνδεσης και σύστημα διαχείρισης των κβαντικών κλειδιών, καθώς και χρήσης τους για κρυπτογράφηση της πληροφορίας που μεταδίδεται μεταξύ των κόμβων του δικτύου.

Συντονιστής της ομάδας εργασίας είναι ο καθηγητής Δημήτρης Συβρίδης με συνεργάτες τον πρόσφατα εκλεγέντα στο ΕΚΠΑ επίκουρο καθηγητή Γεώργιο Κανέλλο, την Δρ Κατερίνα Μανδηλαρά, τον Δρ Θωμά Νίκα, τον Δρ Χρήστο Βεïνίδη και τους επιστημονικούς συνεργάτες Γιώργο Πεκρίδη και Θεόδωρο Μπαρτζώκα. Από πλευράς της Γενικής Γραμματείας Τηλεπικοινωνιών και Ταχυδρομείων συντονιστής είναι ο Γενικός Γραμματέας Δρ Αθανάσιος Στάβερης σε συνεργασία με τη Γενικό Διευθυντή Δρ Ιωάννη Παπαγιαννόπουλο και τον Διευθυντή Δρ Αθανάσιο Παλιάτσο.

«Τα στάδια επέκτασης του δικτύου»

Η ενσωμάτωση των τεχνολογιών υπερυψηλής ασφαλείας στα κρίσιμα από πλευράς ασφαλείας τμήματα του εθνικού δικτύου διακίνησης πληροφορίας αποτελεί την πρώτη επιδίωξη ανάπτυξης του δικτύου. «Στη συνέχεια και καθώς η τεχνολογία θα εξελίσσεται σε πιο ώριμα στάδια, ενώ παράλληλα θα μειώνεται το οικονομικό κόστος των συσκευών αυτών, στόχος είναι να επεκταθεί η εφαρμογή της και σε άλλους τομείς που απαιτούν υψηλά επίπεδα κυβερνοασφάλειας όπως η διακίνηση ιατρικών δεδομένων, ο έλεγχος κρίσιμων υποδομών -ενέργεια, ύδρευση- ο χρηματοοικονομικός τομέας, κλπ. Για τον σκοπό αυτό θα επιδιωχθεί συνεργασία με τηλεπικοινωνιακούς παρόχους, ώστε να γίνει δυνατή η παραπάνω υλοποίηση», εξήγησε, μιλώντας στο ΑΠΕ-ΜΠΕ ο κ. Συβρίδης.

Το σύστημα θα αποτελέσει μια πλήρως λειτουργική πλατφόρμα δοκιμών της σχετικής τεχνολογίας, αξιολόγησής της, καθώς και ανάπτυξης των κατάλληλων διεπαφών διαλειτουργικότητας με τα υπάρχοντα κρυπτογραφικά συστήματα. «Η τελευταία αυτή δράση αποτελεί ύψιστη προτεραιότητα κυβερνοασφάλειας των κρατικών φορέων, καθώς η υλοποίησή της θα οδηγήσει στην πρακτικά απόλυτη ασφάλεια στην διανομή κρυπτογραφικών κλειδιών, που παρέχει η κβαντική τεχνολογία σε συμβατότητα όμως με τα υπάρχοντα διακριβωμένα συστήματα», υπογράμμισε ο καθηγητής.

Αξίζει να σημειωθεί ότι το όλο σύστημα χρησιμοποιεί τελευταίας τεχνολογίας εξοπλισμό της Toshiba αντίστοιχο αυτών που χρησιμοποιούνται από το μόλις ανακοινωθέν δίκτυο του Πανεπιστήμιο του Chicago. Το όλο σύστημα βασίζεται στο εγκατεστημένο δίκτυο οπτικών ινών της Πανεπιστημιούπολης συνολικού μήκους 90 χιλιομέτρων αποτελούμενο από επιμέρους κλειστούς βρόγχους με δυνατότητα δημιουργίας διαφόρων αρχιτεκτονικών με κατάλληλη επιμέρους διασύνδεσής τους. Παράλληλα υπάρχει η δυνατότητα, οι επιμέρους οπτικές ίνες που απαρτίζουν το δίκτυο να είναι «σκοτεινές» -δηλαδή χωρίς ταυτόχρονη μεταφορά συμβατικής πληροφορίας- αλλά και πλήρως λειτουργικές, με συνύπαρξη της κβαντικής πληροφορίας με συμβατικά οπτικά κανάλια πολυπλεξίας μήκους κύματος στην περιοχή των 1550 nm που λειτουργούν σε ρυθμούς 40 Gigabits/s.

«Η Πολιτεία δίνει απόλυτη προτεραιότητα στην προστασία των δεδομένων»

«Τα θέματα της κυβερνοασφάλειας αποτελούν μια από τις κύριες προτεραιότητες της Πολιτείας καθώς πέραν των ζητημάτων εθνικής ασφάλειας, με τα οποία είναι αναπόσπαστα συνδεδεμένα, σχετίζονται με όλο το πλέγμα των λειτουργιών της κοινωνίας, της οικονομίας, καθώς και των ατομικών ελευθεριών, ιδιωτικότητας», δήλωσε στο ΑΠΕ-ΜΠΕ ο γενικός γραμματέας Τηλεπικοινωνιών και Ταχυδρομείων Αθανάσιος Στάβερης, εξηγώντας ότι «στο πλαίσιο αυτό υπάρχει μια διαρκής εγρήγορση με στόχο την παρακολούθηση των τελευταίων επιστημονικών και τεχνολογικών εξελίξεων στους σχετικούς χώρους».

«Τα θέματα των κβαντικών τεχνολογιών με εφαρμογές στην υπολογιστική αλλά και την κυβερνοασφάλεια αποτελούν βασικές τεχνολογικές αιχμές που προδικάζουν σε μεγάλο βαθμό τις μελλοντικές εξελίξεις. Η κβαντική κρυπτογραφία αποτελεί την ανερχόμενη δύναμη στο χώρο της κρυπτογραφίας φυσικού επιπέδου, ενώ η κβαντική υπολογιστική απειλεί σοβαρά τα κλασσικά συστήματα κρυπτογραφίας δημόσιου κλειδιού, που κυριαρχούν αυτήν τη στιγμή στην πλειοψηφία των ψηφιακών εφαρμογών. Για τον λόγο αυτό η Πολιτεία δίνει απόλυτη προτεραιότητα στην προστασία των δεδομένων μέσω των τεχνολογιών κβαντικής διανομής κρυπτογραφικού κλειδιού, την κατανόηση και παρακολούθηση της απειλής που προέρχεται από τους επερχόμενους ισχυρούς κβαντικούς υπολογιστές σε συνδυασμό με την ανάπτυξη της μετα-κβαντικής κρυπτογραφίας (post quantum)», επισήμανε.

Στην ιδιαίτερη βαρύτητα που δίδει το ΕΚΠΑ -μέσω του Τμήματος Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών της σχολής Θετικών Επιστημών- στην ανάπτυξη πρωτοπόρων ψηφιακών τεχνολογιών, αναφέρθηκε ο συντονιστής οριζόντιων ερευνητικών δομών του ΕΚΠΑ, καθηγητής Νικόλαος Θωμαΐδης. «Το Εργαστήριο Οπτικών Επικοινωνιών και Φωτονικής Τεχνολογίας του τμήματος Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών δραστηριοποιείται για περισσότερα από είκοσι χρόνια στον χώρο της ασφάλειας φυσικού επιπέδου στα οπτικά δίκτυα με πρωτοποριακές ερευνητικές δραστηριότητες που κατά καιρούς δημοσιεύτηκαν σε κορυφαία περιοδικά όπως Nature, Nature Photonics, PRL, IEEE. Στην παρούσα κατάσταση η πρωτοβουλία της δημιουργίας του κβαντικού δικτύου υποστηρίχθηκε ανεπιφύλακτα, καθώς είναι μια πρωτοπορία στον ελληνικό χώρο και φέρνει τη χώρα στα επίπεδα των μεγάλων προηγμένων τεχνολογικά χωρών του κόσμου στη σχετική τεχνολογία», επισήμανε ο καθηγητής.

«Τι είναι τα κβαντικά κρυπτογραφικά κλειδιά που εγγυώνται απαραβίαστα δίκτυα»

Η θεμελίωση της κβαντικής μηχανικής στις αρχές του εικοστού αιώνα αποτέλεσε μια από τις μεγαλύτερες επαναστάσεις στον χώρο της φυσικής. Κορυφαίοι θεωρητικοί και πειραματικοί φυσικοί συνεισέφεραν στη δημιουργία του οικοδομήματος αυτού. Πέραν της θεμελιώδους συνεισφοράς της κβαντικής στην κατανόηση της φύσης από το επίπεδο του μικρόκοσμου μέχρι τη συμπαντική κλίμακα, πολλές εφαρμογές θεμελιώδους σημασίας για τον τεχνικό πολιτισμό βασίστηκαν σε αυτήν κατά το δεύτερο μισό του εικοστού αιώνα (laser, πυρηνική σχάση/σύντηξη, κλπ.).

Στο πλαίσιο αυτό και πριν από περίπου 25 χρόνια προτάθηκε μια πρώτη ιδέα για την υλοποίηση μιας μεθόδου κβαντικής παραγωγής και διανομής κρυπτογραφικών κλειδιών, που θεωρείται απαραβίαστη, καθώς η ασφάλεια που παρέχει έναντι οποιασδήποτε υποκλοπής βασίζεται στις αρχές της κβαντικής φυσικής.

Μετά την αρχική θεωρητική πρόταση και στη συνέχεια την πρώτη πειραματική επίδειξη της δυνατότητας υλοποίησής της, ακολούθησε μια εκρηκτική εξέλιξη των σχετικών συστημάτων, καθώς εκθετικά αυξανόμενος αριθμός ερευνητών, εργαστηρίων και πόρων άρχισε να κατευθύνεται προς τις σχετικές δραστηριότητες σε παγκόσμιο επίπεδο.

«Ο λόγος είναι προφανής, καθώς σχετίζεται με την μεγάλη ανάπτυξη του διαδικτύου και επομένως την αντίστοιχη αύξηση των απαιτήσεων που σχετίζονται με την κυβερνοασφάλεια», σημείωσε ο κ.Συβρίδης , εξηγώντας πως «σύμφωνα με την τεχνική αυτή, η μετάδοση της πληροφορίας της σχετικής με το κρυπτογραφικό κλειδί μεταξύ δύο κόμβων του δικτύου γίνεται με μεμονωμένα φωτόνια που διαδίδονται σε μια οπτική ίνα ή στον ελεύθερο χώρο» και «κάθε προσπάθεια υποκλοπής της πληροφορίας διαταράσσει την κατάσταση του φωτονίου και γίνεται αντιληπτή από τα μέρη που επικοινωνούν», ώστε «αντιλαμβάνονται την ύπαρξη του υποκλοπέα και ακυρώνουν την συνομιλία».

«Επενδύσεις μαμούθ της ΕΕ στις τεχνολογίες κβαντικής διανομής κρυπτογραφικού κλειδιού»

Το παγκόσμιο σκηνικό στον χώρο της κβαντικής διανομής κρυπτογραφικού κλειδιού και κατ’ επέκταση στη δημιουργία των κβαντικών φωτονικών δικτύων και του κβαντικού διαδικτύου (quantum internet) έχει ήδη αποκτήσει μια τεράστια δυναμική. Η Ευρωπαϊκή Ένωση επενδύει τεράστια κονδύλια στην κατεύθυνση της δημιουργίας κβαντικών δικτύων βασισμένων σε οπτικές ίνες και φωτονικές δορυφορικές ζεύξεις.

Βρίσκεται σε εξέλιξη η πανευρωπαϊκή πρωτοβουλία Open QKD για την υποστήριξη δράσεων στο χώρο της κβαντικής διανομής κλειδιού (https://scanr.enseignementsup-recherche.gouv.fr/project/857156). Προκηρύσσονται εκτενώς χρηματοδοτούμενα προγράμματα για σχετική έρευνα αλλά και ανάπτυξη υποδομών δε κρατικό επίπεδο για την υλοποίηση κβαντικών δικτύων (π.χ. Euro QCI).

Δημιουργούνται νέες εταιρείες που θα κατασκευάζουν και θα προσφέρουν εξαρτήματα για τον σκοπό αυτό ενώ δρομολογείται και ο σχεδιασμός και η κατασκευή των σχετικών υποδομών ( https://www.transparencymarketresearch.com/quantum-key-distribution-market.html ). Aκόμα πιο προηγμένη είναι η κατάσταση στις άλλες μεγάλες χώρες σε παγκόσμιο επίπεδο. Στην Κίνα έχει ήδη υλοποιηθεί και λειτουργεί μια υπεραστική ζεύξη οπτικών ινών για την κβαντική διανομή κρυπτογραφικών κλειδιών που διασυνδέει επιμέρους αντίστοιχα τοπικά / μητροπολιτικά δίκτυα μήκους 2000 km ενώ σε συνδυασμό με μια δορυφορική κβαντική ζεύξη επεκτείνει ακόμα περισσότερο την εμβέλειά της (https://www.nature.com/articles/s41586-020-03093-8.pdf). Αντίστοιχα στις ΗΠΑ χρηματοδοτούνται εκτενείς έρευνες στους σχετικούς χώρους και δρομολογείται η υλοποίηση κβαντικών δικτύων όπως αυτή που πρόσφατα ανακοινώθηκε από το Πανεπιστήμιο του Chicago (https://news.uchicago.edu/story/chicago-quantum-network-argonne-pritzker-molecular-engineering-toshiba) . Παράλληλα, σε πολλές ευρωπαϊκές χώρες έχουν υλοποιηθεί δοκιμαστικά δίκτυα κβαντικής διανομής κρυπτογραφικού κλειδιού σχετικά μικρής σχετικά κλίμακας στην πλειοψηφία τους με μήκη μεταξύ των κόμβων της τάξεων των μερικών χιλιομέτρων από Πανεπιστήμια όπως το Bristol και το Cambridge τα οποία βρίσκονται σε διαδικασία διασύνδεσης (https://www.quantumcommshub.net/research-community/about-the-hub/phase-2/work-package-1/) και της Μαδρίτης με οπτικούς κόμβους που απέχουν λίγες δεκάδες χιλιόμετρα ( https://ieeexplore.ieee.org/document/9489848)

_{ΑΠΕ ΜΠΕ/ photo pixabay}