Yael Tauman Kalai: Turingova laureatkinja koja redefiniše kriptografiju i ohrabruje djevojčice u nauci

Yael Tauman Kalai je jedna od vodećih stručnjakinja na polju kompjuterske nauke, posebno kriptografije. Dobitnica je prestižne Turingove nagrade 2022., a trenutno radi na Massachusetts Institute of Technology (MIT), dok je ranije radila za Microsoft Research. Njena dostignuća i istraživački rad ostavili su dubok trag u razvoju sigurnih digitalnih sistema, a njeno ime često se povezuje s inovativnim metodama koje štite privatnost i sigurnost korisnika u digitalnom svijetu. Jedno od njenih najpoznatijih dostignuća je razvoj prstenastih potpisa (ring signatures), inovacije koja je postala ključna komponenta u sistemima poput Cryptonote i Monero, popularnih sistema za privatne transakcije u kriptovalutama. Osim toga, zajedno sa svojom mentoricom, Shafi Goldwasser, ukazala je na nesigurnosti u tada široko korištenoj Fiat–Shamir heuristici, što je rezultiralo značajnim unapređenjima u sigurnosti kriptografskih sistema. Rad Yael Tauman Kalai ima široku primjenu, uključujući i delegiranje računanja, što je posebno značajno u kontekstu razvoja tehnologija za cloud računarstvo.

U razgovoru s njom na Heidelberg Laureate Forum, otkrili smo njeno mišljenje o izazovima u kriptografiji, kao i o položaju žena u matematici i kompjuterskim naukama – temama koje su joj, osim nauke, posebno bliske.

Inspiracija i izazovi u kriptografiji

Kalai je strastveno posvećena kriptografiji, koju vidi kao ključ za sigurno dijeljenje informacija u digitalnom svijetu. Svoje istraživanje prstenastih potpisa opisuje kao način da se stvori „digitalni potpis koji može potpisati grupa ljudi, ali koji čuva privatnost pojedinca koji je zapravo generirao potpis”. Upravo taj princip našao je svoju primjenu u različitim kriptovalutama, kao što su Monero, gdje je omogućio korisnicima sigurnost i privatnost tokom transakcija.

Također, njeno otkriće sigurnosnih slabosti Fiat–Shamir heuristike zajedno s Goldwasser bilo je revolucionarno. „Otkrivanje tih slabosti omogućilo je redizajn sigurnosnih protokola na način koji ih čini otpornijim na napade”, ističe Kalai. Njeno istraživanje o delegiranju računanja doprinosi konceptu cloud computing-a, omogućavajući korisnicima da povjere računanje na oblak, a da pri tome zadrže povjerenje u sigurnost podataka.

Važnost podrške ženama i djevojčicama u nauci – kreiranje jednakih prilika

Pored istraživačkih dostignuća, Kalai je aktivna zagovornica za veću uključenost žena u nauci. „Važno je da žene u matematici i kompjuterskim naukama budu vidljive”, kaže ona, jer njihova vidljivost ima snažan utjecaj na mlade djevojke koje možda razmišljaju o karijeri u ovim oblastima. Osvrćući se na svoja iskustva, Kalai ističe kako su žene u kompjuterskim naukama još uvijek manjina i često se suočavaju s preprekama.

Yael Tauman Kalai ističe koliko je bitno raditi na razbijanju predrasuda o ulozi i sposobnostima žena u nauci, kao i pružiti im priliku da napreduju bez dodatnih prepreka.

„Djevojčice koje žele da se bave matematikom i kompjuterskim naukama moraju se ohrabrivati i imati prostor za sebe gdje neće biti preglasane”, naglašava ona. Kalai objašnjava kako je često problem u školama i na radnim mjestima to što dominiraju muški glasovi, što može obeshrabriti djevojke u ranom uzrastu da slijede svoje interese u STEM oblastima.

„Moja kćerka je jednom otišla na matematički kamp i vratila se razočarana, rekavši kako mrzi matematiku. Stvar je bila u tome što je ona bila jedina djevojčica na kampu i bila je stalno preglasavana od strane dječaka”, prisjetila se Kalai.

„Međutim, talenat za matematiku nije jedini talenat. Mene smatraju pametnom osobom jer sam dobra u matematici, ali u nizu drugih stvari sam loša. Ljudi se stide toga da nisu dobri u matematici i da zbog toga drugi smatraju da nisu pametni. Matematika se vježba i treba biti predstavljena na zanimljiv način, kako bi se djeci učinila privlačnijom.ali treba razvijati i druge talente”

 

Mogućnosti manipulacije u kriptografiji

Sada je kriptografija daleko iznad tradicionalnog shvatanja. „Znate, kriptografija se koristila hiljadama godina i nekada je bila vrsta umjetnosti — kako šifrirati poruke? Postojale su sve te mašine kao Enigma, iako je Enigma iz Drugog svjetskog rata, ali primjena kriptografije datira mnogo ranije. Još u drevnoj Grčkoj koristili su kriptografiju. A sredinom ili krajem 70-ih, kriptografija se transformisala iz umjetnosti u nauku, i sada je zaista naučna disciplina koja je, kao što ste rekli, mnogo šira od prostog šifriranja i potpisivanja.”.

„Kriptografija je ekstremno široka. I objasniću zašto mislim tako. Na primjer, verifikacija ispravnosti može djelovati kao obično računanje, a ne kriptografija. Zašto ga onda posmatramo kao dio kriptografije? Zato što se kriptografija zasniva na pretpostavci o težini rješavanja problema. To nas vraća na primjer bacanja novčića, gdje koristimo pretpostavku o težini problema kako bismo generisali nasumičnost, ili u kriptografiji koristimo tu težinu čak i za šifriranje. Težinu koristimo da bismo simulirali nasumičnost, a uz nasumičnost možemo prikriti komunikaciju.”

Današnja kriptografija koristi pretpostavke o težini problema za stvaranje sigurnih sistema, posebno u okruženjima sa protivničkim ponašanjem. Po njenom mišljenju, kriptografske tehnike su korisne svuda gdje postoji mogućnost manipulacije, kao kod prisluškivanja ili čak lažnog ponašanja velikih jezičkih modela.

„Ako kažem da je teško faktorisati brojeve, koristim to da izgradim svoj sistem. Svi naši kriptografski sistemi zasnivaju se na teškim problemima ili problemima za koje pretpostavljamo da su teški, kao što je težina faktorizacije velikih brojeva. Kada mogu da riješim neki problem koristeći te pretpostavke o težini u kriptografiji, smatram ga kriptografijom jer koristim kriptografske tehnike za to rješenje”.

Ova ideja korištenja težine za rješavanje problema izuzetno je moćna. „Tradicionalno, kada kažemo da je nešto teško, kao što je rješavanje određenog problema, zapravo pretpostavljamo da protivnici koji pokušavaju da probiju sistem imaju ograničene resurse — da nisu svemoćni. Rade u ograničenom vremenskom okviru, recimo godinu, dvije, deset godina. Sada mogu koristiti svoju kriptografsku pretpostavku i pretpostaviti da je teško za tog protivnika da probije tu pretpostavku, i koristiti to za zaštitu sistema.”, dodala je Kalai.

Kazala je kako se u kriptografiji bavimoprotivnicima, kao što je situacija gdje želimo da komuniciramo, ali neko pokušava da prisluškuje, ili želimo autentičnost, ali protivnik pokušava da se lažno predstavi. Bilo koja situacija sa protivničkim ponašanjem može koristiti kriptografske tehnike.

„Kriptografiju vidim svuda gdje postoji prostor za protivničko ponašanje,” kaže ona. “Šta ako je veliki jezički model (LLM) protivnički nastrojen i određenoj populaciji daje odgovore u cilju nanošenja štete? Svuda gdje postoji protivnički element, smatram da kriptografske tehnike mogu biti od pomoći.”