Na Institutu Ruđer Bošković (IRB) hrvatskoj javnosti su prvi puta javno predstavljeni funkcionalni osnovni blokovi kvantne komunikacijske mreže, izrađeni i integrirani u Hrvatskoj.
Riječ je o predstavljanju funkcionalnih komponenti projekta CroQCI, koji domaćim znanjem i tehnologijom gradi temelje ultra-sigurne komunikacije u Republici Hrvatskoj. U centru tog projekta je tim znanstvenika, inženjera i tehničara s Instituta Ruđer Bošković (IRB) te tvrtke Odašiljači i veze d.o.o. (OIV).
Projekt CroQCI pod vodstvom Hrvatske akademske i istraživačke mreže CARNET, a uz znanstveno vodstvo IRB-a, okuplja ključne nacionalne istraživačke i znanstvene institucije, ustanove visokog obrazovanja, javne ustanove i javna poduzeća s krajnjim ciljem jačanja nacionalne kibernetičke sigurnosti u skladu s najnovijim znanstvenim dostignućima.
Zakoni fizike kao rješenje za kibernetičku sigurnost
U središtu predstavljanja hrvatske kvantne komunikacijske mreže bio je tim IRB-a i OIV-a koji je dizajnirao, razvio i proizveo komponente i sustave koji omogućuju kvantno generiranje i distribuciju tajnih kriptografskih ključeva (QKD), u mreži koja već radi na optičkim kabelima u Zagrebu, a koje je realizirao OIV.
U eri sve snažnijih kibernetičkih prijetnji, kvantna komunikacija nudi rješenje koje ne ovisi o snazi računala ili algoritama, već o zakonima kvantne fizike. Time se postavlja nova razina suverenosti i otpornosti digitalnih sustava, što znači da se presretanje komunikacije može otkriti, a kompromitacija ključa spriječiti već u samom startu.
Predstavnici medija danas su mogli vidjeti tri stupa buduće kvantne komunikacijske mreže. Prvo, kvantne prijemnike s optičkim modulima i fotonskim detektorima, uključujući integraciju supravodljivih detektora fotona ključnih za registraciju kvantnih signala visoke osjetljivosti. Drugo, sustav kvantnog operatera koji generira kvantno prepletene parove fotona, osnovu najsigurnije praktične realizacije kvantne komunikacije danas. Treće, hardverske enkriptore temeljene na AMD-ovim FPGA čipovima, koji poruke šifriraju kvantno generiranim ključevima. Time je potvrđeno da se kvantna komunikacija ne zadržava u laboratoriju, već funkcionira u praksi na optičkoj mreži članica CroQCI-ja u gradu Zagrebu.
Naš je cilj jednostavan i strateški važan: izgraditi domaću, suverenu i otpornu komunikacijsku mrežu koja se oslanja na zakone kvantne fi zike umjesto snage računala za zaštitu mrežne povezanosti, te time podići razinu kibernetičke sigurnosti države. U narednom razdoblju fokus ćemo staviti na povezivanje hrvatske kvantne infrastrukture s europskom kvantnom mrežom, kombinirajući zemaljske i satelitske tehnologije. Današnja demonstracija pokazuje da nismo u fazi obećanja, nego u fazi rada, hrvatska kvantna veza je funkcionalna, a sakupljena multidisciplinarna znanja omogućuju daljnje širenje infrastrukture unutar Hrvatske ali i prema EU, rekao je Bojan Schmidt, voditelj projekta CroQCI, CARNET.
Čitav sustav radi tako da je razvijen takozvani kvantni sloj na komunikacijskoj mreži, koji služi za generiranje i razmjenu simetričnih ključeva, pojasnio je Schmidt. Ti se simetrični ključevi, zahvaljujući kvantnoj razmjen,i tako razmjenjuju na puno sigurniji način nego uobičajenim klasičnim putem. Nakon te razmjene, simetrični ključevi se prosljeđuju višim slojevima sustava koji služe za kriptografiju, odnosno šifriranje informacijskog toka. Informacije su apsolutno sigurne od probijanja sustava, na način da se njihovo probijanje istog trenutka bilježi, odnosno sustav ne može ne biti svjestan da je probijen, što nadalje znači da je moguća i trenutna reakcija na takav događaj.
Ne može se dogoditi tajno prisluškivanje, a da oni koji su prisluškivani nisu svjesni da ih se prisluškuje, rekao je Schmidt.
Detalji kvantnog komunikacijskog sustava
Elemente samog sustava novinarima je pokazao dr. sc. Martin Lončarić iz Laboratorija za fotoniku i kvantnu optiku IRB-a te znanstveni voditelj projekta CroQCI. Lončarić je prvo pojasnio da je današnja demonstracija kvantnog mrežnog sustava rezultat višegodišnjeg znanstvenog rada IRB-a, ostvarenog u međunarodnom timu znanstvenika.
Naš pristup temeljio se na znanju i tehnologiji koju smo već uspješno primijenili s međunarodnim partnerima u izgradnji prve, i u tom trenutku u svijetu jedinstvene kvantno-komunikacijske mreže temeljene na kvantnoj prepletenosti 2019. godine u Bristolu, a zatim i u demonstraciji prve kvantne komunikacije između Italije, Slovenije i Hrvatske u okviru sastanka zemalja članica prestižne grupe G20 2021. godine. Tehnologija koju smo vam danas predstavili temelji se na kvantnoj prepletenosti, koja omogućuje razinu sigurnosti prijenosa podataka koju klasični sustavi ne mogu osigurati. Ponosni smo što smo cijeli sustav, od izvora fotona do prijemnika, razvili i izgradili u Hrvatskoj, rekao je.
Lončarić je naglasio da se sigurnost u komunikaciji ne može kupiti, već da se mora izgraditi, po mogućnosti vlastitim znanjem i resursima.
U CroQCI timu smo se uhvatili posla i sad vam prikazujemo naše rezultate, rekao je Lončarić.
Prvo je predstavio takozvani kvantni čvor "Barbara", a riječ je o klasičnom telekomunikacijskom ormaru s ugrađenom kvantnom komunikacijskom opremom. Postoje još i kvantni čvorovi, Dora, Cvita, Ante i Emilija.
Ono što su novinari imali prilike vidjeti u demonstraciji jest video konferenciju koja je provedena putem spomenutih kvantnih čvorova. Dakle sve informacije iz video veze, šifrirane su pomoću kvantnih simetričnih ključeva i enkriptora OiV-a.
Jedan kvantni čvor tako se sastoji od enkriptora i kvantnog modula s poluvodičkim optičkim supravodljivim detektorima fotona. Ti detektori rade na temperaturi od samo dva Kelvina (-271.15 stupnja Celzija), a hlađeni su pomoću kompresora koji cirkulira tekući helij kroz sustav.
To je najsuvremenija metoda detekcije fotona danas. Mi je integriramo u naš kvantni čvor kako bi omogućili ultrasigurnu komunikaciju, rekao je Lončarić.
Lončarić je pojasnio da je cijena sustava supravodljivih detektora kakvi su u čvoru Barbara, oko 300.000 eura. No dodao je kako najvažniji detalj nije cijena, već znanje kojim su znanstvenici s IRB-a uspjeli napraviti optički modul (unutar kvantnog modula) koji koristi dvostruko manje detektora. Jedan IRB-ov optički modul tako stoji 30.000 do 40.000 eura, dok bi inače koštao i dvostruko više.
Srž samog sustava, istaknuo je Lončarić, nalazi se kod takozvanog kvantnog operatera, koji je isto tako smješten na IRB-u i gdje se nalazi laserski sustav koji je omogućio uspostavljanje videokonferencije uživo.
To je srž sustava i izvor kvantno prepletenih parova fotona. Oni se tamo proizvode i onda distribuiraju prema čvorovima CroQCI mreže, pojasnio je Lončarić.
Novinarima je pokazan i takozvani optički stol s izvorom kvantno prepletenih parova fotona. Riječ je o eksperimentalnom postavu koji u svojoj pokaznoj verziji ne radi na standardnim komunikacijskim valnim duljinama, dok sustav kod kvantnog operatera radi na standardnim komunikacijskim valnim duljinama telekomunikacijskih operatera.
Sve to je uspostavljeno kako bi se pokazala ultrasigurna video konferencija između OiV-a na žitanjku, te IRB-ovog čvora Barbara i kvantnog operatera, koji upravlja čitavim sustavom.
Put do stvarne implementacije je ozbiljan posao
Naravno, jedno od pitanja bila je i buduća primjena sustava u stvarnom svijetu, odnosno stvarnim institucijama.
Put do toga da sustavom proteku klasificirani podaci je vrlo ozbiljan. Mi radimo prve korake na tom putu i zato je član našeg konzorcija Ured vijeća za nacionalnu sigurnost, rekao je Lončarić.
U čitavoj mreži najzreliji proizvod su spomenuti enkriptori, koji su gotovo na razini gotovog proizvoda, dok su druge komponente sustava u različitim oblicima eksperimentalnih faza te moraju proći sustav certificiranja da bi onda mogli prenositi klasificirane podatke, pojasnio je Lončarić na kraju.
Širi cilj - kvantno povezivanje sa svijetom
Schmidt je dodao da se radi i na razini kvantne komunikacije izvan granica Hrvatske, s ciljem povezivanja s drugim europskim državama u jednu paneuropsku kvantnu komunikacijsku mrežu. U tom smislu radi se jednako na zemaljskoj i satelitskoj komunikaciji.
Već radimo na jednoj lokaciji u Zagrebu na kojoj će biti teleskop za komunikaciju sa satelitom Eagle 1 Europske svemirske agencija (ESA). Cilj je povezivanje Hrvatske sa svijetom, rekao je.
Supervažni kontroleri iz OIV-a
Tvrtka Odašiljači i veze (OIV) bila je u sklopu CroQCI projekta zadužena za razvijanje enkriptora, koji šifriraju poruke kvantno generiranim ključevima, koristeći kripto algoritam na brzinama do 10 Gbit/s.
OIV je razvio enkriptore koji šifriranju poruke kvantno generiranim ključevima, a temeljeni su na najsuvremenijim FPGA programabilnim čipovima. Također, OIV je realizirao povezivanje optičkom infrastrukturom između ključnih institucija u Zagrebu, što je bio ključan preduvjet za uspostavu nacionalne kvantne komunikacijske mreže. Ovo je značajan iskorak za našu komunikacijsku sigurnost, rekao je Duje Gašperov, mag. ing. viši specijalist za nove tehnologije iz Odjela za nove tehnologije tvrtke OIV.
Spomenuti enkriptori osiguravaju da informacije dijeljene u komunikacijskom kanalu ne može vidjeti nitko osim krajnjih korisnika s obje strane tih enkriptora, rekao je Gašperov. Isto tako njihovi čipovi zadovoljavaju najstrože europske komunikacijske standarde. Riječ je o AMD-ovim FPGA čipovima koji čine temelj enkriptora.
Od hardvera do softvera, sve je implementirano s naše strane. Nema nikakvih vanjskih dijelova i kontrolera, naglasio je Gašperov. Sustav je 100 posto otporan na hakere. Potpuna je sigurnost, jer su simetrični ključevi kvantno generirani te se bilo kakvo presretanje lako otkriva, već u samom generiranju kvantnih simetričnih ključeva, dodao je.
Ovo je jak, jako važan korak za hrvatsku komunikacijsku sigurnost, poručio je Gašperov.
Strateški nacionalni projekt
CroQCI je strateški nacionalni projekt u sklopu paneuropske inicijative EuroQCI, s ciljem izgradnje zemaljske i svemirske kvantne komunikacijske infrastrukture koja će omogućiti ultra-siguran prijenos informacija u Hrvatskoj i povezivanje s europskom mrežom. Provodi ga konzorcij u kojem su: Hrvatska akademska i istraživačka mreža – CARNET (voditelj projekta), Institut Ruđer Bošković (znanstveno vodstvo), Sveučilište u Zagrebu Sveučilišni računski centar (SRCE), Institut za fi ziku (IFZ), Fakultet elektrotehnike i računarstva (FER), Fakultet prometnih znanosti (FPZ), Odašiljači i veze d.o.o. (OIV) i Ured Vijeća za nacionalnu sigurnost (UVNS).
Projekt vrijedan 9,9 milijuna eura sufi nanciran je sredstvima Europske unije kroz program Digitalna Europa (DEP) i Nacionalni plan oporavka i otpornosti (NPOO), traje od 1. siječnja 2023. do 30. lipnja 2026., a njegov je krajnji cilj jačanje nacionalne kibernetičke sigurnosti u skladu s najnovijim znanstvenim dostignućima.
Važnost navedene tehnologije je višeslojna jer donosi nacionalno suveren pristup sigurnoj komunikaciji te postavlja temelj za daljnji razvoj kvantnih mreža i sustava u Hrvatskoj.
Ove komponente razvijene su u Hrvatskoj na IRB-u, našim znanjem i resursima. To je još jedna potvrda kako IRB, kroz izvrsnost i suradnju, ostaje ključni akter u gradnji hrvatske znanstveno-tehnološke budućnosti. IRB će i dalje, kroz projekt CroQCI, aktivno podupirati i predvoditi razvoj kvantne komunikacije u Hrvatskoj, te dodatno jačati istraživanja u ovom području. Unaprjeđenje ovih istraživanja omogućit će i nova infrastruktura koju gradimo u sklopu kapitalnog projekta O-ZIP, poručio je ravnatelj IRB-a dr. sc. David M. Smith.
Predstavljanjem funkcionalne kvantne komunikacijske mreže Hrvatska je pokazala da, zahvaljujući konzorciju CroQCI, IRB-u i OIV-u, ne čeka na tehnološka rješenja drugih zemalja već tu tehnologiju samostalno i suvereno izgrađuje.
