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专访NSA研究主管:国家间谍如何改变未来?

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国家安全局(NSA)研究部门主管吉尔·埃雷拉近日首次接受媒体(MIT科技观察)采访,深入阐述了量子计算、网络安全的未来、美国情报部门的热点技术、以及如何应对未来的挑战。

 

埃雷拉是国家安全局研究部门新上任的主管。与国家安全局的其他部门一样,该部门有双重使命:保护美国信息系统并监视世界其他地区。

 

该部门的预算是顶级机密,但想必是一笔惊人的费用,因为国家安全局是全球最大的间谍机构之一,而埃雷拉主管的研究机构则是整个美国情报界最大的内部研发部门。NSA研究部门必须为尚未发生的潜在威胁和问题提出解决方案。

 

对于一个从事着深入科学工作的人来说,吉尔·埃雷拉有一个近乎“巫师”的使命:用量子物理学和数学定理展望未来,塑造未来!

 

 
 
 

量子霸权

 
 
 

 

在上任后首次接受采访,埃雷拉阐述了他的团队目前正关注的技术以及威胁。他的优先事项显示了美国国家安全局的目标正在发生巨大变化,工作重心从监视恐怖组织活动向近年来快速升温和变化的地缘政治格局重新平衡。他解释了为什么新技术的兴起,就威胁和机遇而言,是他的团队必须应对的核心。

 

埃雷拉能够上位掌舵,因为该NSA的研究机构面临新的挑战。冷战的两极化世界已经成为历史,美国作为一个孤独的超级大国的快速转变已经结束。新世界是一个更加混乱的世界,其特征是美国、中国和俄罗斯之间的大国竞争的新兴时代。与此同时,美国国家安全局仍未完全从九年前(斯诺登)披露的一系列全球和国内监控计划内幕的大规模泄密事件中恢复过来,这些事件引发了一场对美国情报机构的批评和改革呼吁的风暴,并改变了普通美国人对国家安全局的看法。与NSA合作的公司因尴尬和愤怒而退缩,这也彻底改变了国家安全局的运作方式。

 

“我们现在正处于一个新时期,我们需要开始更多地关注更大的对手,更复杂的对手,不一定会利用商业服务的对手。”埃雷拉说,“这些对手拥有自己的本土服务,并创造了自己的技术。因此,作为一个研究部门,我们需要做出回应。我们需要提供技术,使我们能够访问查询那些能带给我们大量信息,并帮助我们监控由于大国竞争而正在出现的各种系统。”

 

技术革命正在加速,一切变得不那么可预测。

 

“任何时候有这种转变,它都是复杂的。”埃雷拉说,“每一代技术都带来新的挑战。”

 

例如,该部门投入了大量资源来掌握量子计算,该技术有可能破解用于保护当今和未来数字世界中敏感数据的加密技术。强大的国家、公司和大学正在投入大量资金开发量子计算机,其性能相比当今的计算机将呈指数级增长。

 

“大国竞争推动了议程。"埃雷拉说,“它改变了我们需要的技术和访问方式。量子和5G等技术只是其中的一部分。”

 

自1995年以来,随着Shor算法的出现,NSA研究部门一直处于量子计算研究的最前沿,该算法展示了量子计算机如何以比普通计算机更快的速度分解素数,这正是破解加密所需的工作。

 

该部门正在推进该领域的基础研究,甚至包括大型科技公司制造的最先进的量子计算机。在开发世界上最好的量子计算机的竞赛种,谷歌和IBM都在他们的机器中使用了相同的基本组件来产生量子行为,称为transmon量子比特,这是在NSA研究部门赞助下发明的。从历史上看,国家安全局一直是学术量子计算研究的最大资助者。”赫雷拉说。

 

埃雷拉对讨论他的研究部门正在关注的具体技术细节犹豫不决,但当被问及在一个技术高速发展的世界中从事间谍活动的挑战时,他提到了全球各地的5G网络。埃雷拉解释说,5G为收集情报带来了新的挑战。成功监控5G需要深入了解它与上一代技术的根本不同之处:更高的速度,更小的(基站)覆盖范围,更多的分配节点,不同的数据协议灯。

 

研究未来之事,首先需要掌握将定义未来的元素。

 

 
 
 

成为未来

 
 
 

 

美国国家安全局的研究部门的前身是黑室(Black Chamber),黑室是美国第一批平民密码破译者,他们的任务是监视电报等尖端技术。该组织仅在1919年至1929年间存在,根据詹姆斯·班福德2001年出版的《秘密之躯:超机密国家安全局剖析》一书,该组织解码了来自十几个国家的1万多条信息。

 

除了开创性的密码分析工作外,该组织还成功地获得了西联汇款等美国有线电视公司的监视帮助,这些公司可以为这些新出现的美国间谍提供敏感的通信信息以供检查。

 

当美国国务卿亨利·史汀生发现该组织正同时监视美国的敌人和盟友时,黑室因丑闻而被关闭。在黑室被关闭仅八个月后,美国面对1930年代日益不稳定的世界间谍能力瘫痪的前景,改革了陆军信号情报局。在处理黑室旧记录的三个人中,有一位是数学家所罗门·库尔巴克,他是SIS的创始人之一,这曾是美国国务院的秘密。

 

库尔巴克在第二次世界大战之前和期间在破解日本和德国密码方面发挥了重要作用,后来他领导了新成立的国家安全局的研发部门。在一年之内,它演变成我们今天所知道的NSA研究部门:一个独特而独立的研究空间,不会被该机构的日常工作所干扰。

 

"重要的是要有一个研究部门,即使是在一个使命驱动的组织中,这个部门能够超越危机进行思考。"但埃雷拉补充说,该部门确实也会将其部分工作用于"当天的危机"。它运行着一个名为"随叫随到的科学家"的程序,该计划允许NSA任务分析师在询问信息面临技术挑战时,能通过电子邮件向研究部门的数百名科学家。

 

如果说未来已来,那么NSA的使命之一就是“成为未来”。NSA最核心的目标就是掌握领先当前时代的技术,这听上去像是一个研发部门或者研究机构的目标,事实上,NSA的运作几乎就像一所小型的精英技术学院,由五个学术部门——数学、物理、网络、计算机科学和电气工程组成,每个部门都有100到200名员工。

 

 
 
 

大国密码

 
 
 

 

NSA的网络安全部门负责保卫联邦政府的国家安全以及军事工业基础,也是最引人注目的部门,而且是有意为之。在过去的五年里,习惯躲在阴暗角落的国家安全局在网络安全方面变得更加高调和活跃。NSA甚至还启动了公共咨询和研究项目,这类项目曾是NSA所诅咒的,要知道,向来低调的NSA直到成立20年后才为世人所知。

 

现在,NSA研究的产品,例如Ghidra(一种免费的,高级逆向工程工具),有助于技术剖析黑客工具以及其他软件,已经在世界各地开始流行,并赢得信赖。这些强大的网络安全工具,成了NSA完成招聘宣传和公共关系管理的有力武器。

 

埃雷拉曾经指导过的物理项目组运行着数十个实验室,这些实验室负责量子信息科学的大部分工作,但它的职权范围要广泛得多。由于将更多晶体管挤压到芯片中的努力正在遭遇物理瓶颈,有可能减缓甚至终止60年来可预测的快速计算增长,该研究组的物理学家正在探索新材料和新计算架构,以推动下一代计算进入一个不太可预测的未来,这正是该研究部门首次出现时被赋予的任务。

 

与此同时,自互联网首次出现以来,电气工程项目组一直在密切关注电信网络的物理和工程技术。除了围绕5G的问题外,它还涉及数字世界的方方面面,从海底电缆到卫星通信。

 

一些新兴技术目前尚不能进行完全归类。例如,计算机科学项目组在人工智能和机器学习方面的工作跨越了网络安全任务和与数学家的数据分析工作。

 

埃雷拉一再提出,NSA研究部门需要在合成生物学等快速发展的领域提高实力和洞察力。埃雷拉指出不仅仅是美国,其他大国的军方领导人也曾称生物技术是国防的优先事项。

 

“现在世界上的大部分竞争都不是军事的。”埃雷拉说,“军事竞争正在加速,但其他技术的传播,如合成生物学,坦率地说是令人震惊的。研究的作用是帮助国家安全局了解这些技术的影响。我们不知道我们实际参与了多少,但这些都是我们必须关注的领域。”

 

NSA研究部门最古老的数学项目组是独一无二的。埃雷拉认为数学是整个研究部门的核心工作。国家安全局是美国最大的数学家雇主,拥有一批最优秀的数学家。“实际上,国家安全局研究部门的所有项目组都不得不与科技公司用高薪竞争人才,但数学组没有这个问题。”埃雷拉说,“因为硅谷通常更重视软件开发人员而不是数学家。”

 

数学组通常与计算机组合作,帮助解决NSA最有趣的问题之一:大数据。尽管公众对大规模监视进行了批判和清算,但NSA仍然面临着收集海量数据的挑战,抛开法律和道德问题不谈,筛选海量数据以找到所有有价值信息是一项极为艰巨的任务。美国国家安全局认为,它在内部谈论的那种"广泛的访问和收集"既是一项成就,也产生了一系列问题。数据科学领域的目标就是解决这些问题。

 

“每个人都认为他们的数据是世界上最混乱的,而我手里的数据可能才是最混乱的,因为(这些数据)是从那些不希望我们拥有它的人那里获取的。”埃雷拉在国家安全局的前任,计算机科学家黛博拉·弗林克在2017年斯坦福大学的一次演讲中说道。

 

理解大量偷来的数百种语言的信息以及更多技术格式的数据仍然是该局的长期任务之一。

 

在数字时代,间谍活动的主要目标之一是能够解码受到强加密保护的重要数据。这就是为什么NSA研究部门的数学家和计算机科学家为世界上一些最敏感的系统设计和破解密码算法的原因。

 

密码的构建和破解是该局工作的核心,当NSA展望未来时,它看到的是一个充满数据的日益数字化的世界。埃雷拉指出:NSA希望既能保护又能监视它,这将有助于在很长一段时间内定义大国竞争。

 

未来,超级大国的兴衰将取决于其密码分析程序的实力。”NSA2007年的一份文件解释说,“这是美国保持不受限制地进入和使用网络空间的门票。”

 

“NSA研究部门的存在就是为了实现这个目标。”埃雷拉说,“我们部门的每个人都牢记着这条使命。”

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