ד"ר איתמר לוי נלחם בזליגת אינפורמציה מרכיבים אלקטרוניים

השבב שפיתח מספק הגנה בעלות קטנה בהרבה – ברמת השטח, צריכת האנרגיה והביצועים - מהמקובל היום בשוק.
רכישות אשראי בטלפון הנייד, שמירה ועיבוד של אינפורמציה פרטית בשרת, קוצב לב המבוסס על מעבד פשוט, מערכת סנסורים ובקרים המחוברת לרשת במפעל – כל אלה הן דוגמאות לפלטפורמות מבוססות מחשב, שבהן הליך העיבוד הוא אלקטרוני. כל הפלטפורמות הנ"ל נושאות מידע אינטימי רגיש, ובאופן טבעי - מתעורר הצורך לספק בטיחות מידע לאינפורמציה המעובדת בהן. "תחום המחקר שאני מתמקד בו הוא איך נוכל לתכנן את החברים האלקטרונים שלנו כך שנוכל לסמוך עליהם," אומר ד"ר איתמר לוי, שהצטרף באוקטובר האחרון למסלול להנדסת מחשבים בפקולטה. "בתיאוריה, זה פשוט: תבניות של מערכות לשמירת סוד (או לכל צורך קריפטוגרפי אחר), מסתמכות תמיד על איזה שהוא גרעין של אינפורמציה שנשמר בסוד, למשל מפתח סודי. הבעיה נובעת מכך שהמערכות שלנו לא תיאורטיות: עצם המימוש של המערכת בעולם הפיסיקאלי גורם לזליגת אינפורמציה על הסוד, בין אם נעשה בו שימוש ובין אם לאו, וזו רק בעיה אחת מני רבות".

לוי, בן 35, נשוי ואב לערד ולנגב, ומתגורר בלהבים. את התואר הראשון והשני שלו, במסלול ישיר, עשה בהנדסת חשמל ומחשבים באוניברסיטת בן גוריון שבנגב. את התואר השלישי, ששילב הנדסת חשמל עם מחשבים, עשה פה אצלנו בפקולטה, לפני שהמריא לפוסט דוקטורט באוניברסיטת UCLouvain בבלגיה. הוא מתמחה בפתרונות לזליגת אינפורמציה ברכיבים אלקטרוניים, משכבת החומרה ועד התוכנה. "בעולם האלקטרוני אנחנו כבר יודעים לספק פתרונות לא רעים שיגרמו לכך שתוקף שירצה להשיג את האינפורמציה – יצטרך להשקיע בכך כמות לא סבירה של משאבים, בדומה לצרכים קריפטוגרפיים בעולם התיאורטי," מבהיר ד"ר לוי. "אבל גם אם המערכות של המחר יהיו ביולוגיות, פוטונית, מכניות או סב-ננומטריות - עיבוד המידע עליהן צורך אנרגיה, ותמיד יש צורת התהוות לאנרגיה זו בעולם הממשי שניתן לחוש או למדוד בקלות."

לדברי לוי, הפתרונות המקובלים לבעיית זליגת האינפורמציה דורשים שימוש נרחב במספרים רנדומליים או אקראיים - כלומר באנטרופיה, "וזו קביעה כללית, משתמשים באקראיות ברמת האלגוריתם הקריפטוגרפי, משלבים אקראיות בחישובים מתמטיים, במתי מתבצעת פקודות מכונה וגם בממש לגרום לעיבוד מידע אלקטרוני להראות אקראי. וכל זאת כדי להקשות על תוקף להבין מה משמעות הזליגה שנראית לו אקראית". הבעיה בכך טמונה בזאת שככל  שיש צורך ביותר רנדומיות - עולה גם הצורך בכוח חישובי על מנת לייצר אותה, לעבד אותה, או לחלץ מספרים רנדומיים מתופעות פיסיקליות. "בעולם הממשי, יותר חישובים מתרגם לזמן חישוב ארוך ואיטרציות (למשל על מעבד), או לשטח חומרה רב (למשל במימוש על מעגלים משולבים). זו בעיה קריטית, ובה טמון האתגר האמיתי: עלות ויישומיות. העלות של האלגוריתמים והפתרונות שאנו מציעים היא עצומה, ובעולם הפרקטי ייקר מדי ליישמם - מה שגורם לכך שהמשתמש לרוב מקבל פתרון עם רמת בטיחות הרבה הרבה יותר נמוכה מהנדרש."

בשל כך, מתמקד לוי במעבדה שלוSecured Electronic Systems) )SelecSys , בפתרונות שמקטינים את העלות  - כמות חישובים, זמן ביצוע, אנרגיה ושטח - וגם מספקים בזמן התכנון אימות לרמת הבטיחות. "יותר מכך, אנחנו מספקים מדדים וקריטריונים למה זה אומר בטוח ואיך זה נמדד," הוא מספר. המחקר במעבדה מולטי-דיסיפלינארי: החל ממתמטיקה וסטטיסטיקה, דרך קריפטוגרפיה תיאורטית ויישומית והתקפות, עובר בהנדסה, ארכיטקטורת מחשב ומעבדים, ועד אלקטרוניקה, ננו-אלקטרוניקה ומדידות. העבודה בפועל מגוונת, וסטודנטים יכולים להתמקד במחקר בצדדים תיאורטיים, בצדדים נסייניים (מדידות ועבודה עם אלקטרוניקה, סנסורים אופטיקה וכו') או לשלב את המחקר ולגעת בהכל.  "אני מחפש סטודנטים מבריקים עם ראש פתוח, כתפיים רחבות להוביל תהליכים ותחומים, יכולת דחיפה וחשיבה עצמאית," הוא אומר, "אני מאמין שללא ספק מה שהופך את המחקר למצוין, במיוחד בעולם של בטיחות וסודיות, הוא ירידה לפרטים ולעומק: מצד אחד להפוך את כל האבנים, ומצד שני לדעת להפשיט ולייצר אבסטרקציה של הבעיות, ולפתור כל בעיה ברמה האבסטרקטית שלה,"

נשמע תובעני? לוי מבטיח כי העבודה הקשה טומנת בחובה גם רגעים מרגשים ממש, כשמגיע הזמן לבדוק מערכת שנבנתה לאחר השקעה גדולה במידול, ניתוח ומימוש - ולמצוא שהיא מתפקדת כראוי. "כאשר מתקבלת מערכת שאנחנו יודעים לומר עבורה, תחת ההנחות והמודלים שלנו, שהיא בטוחה לכך וכך שנים, שמשתמש יכול להשתמש בה בטלפון שלו, באוטו או בקוצב הלב שלו ולהיות בטוח שלא יכולים להוציא ממנו מידע רגיש – תחושת הסיפוק היא אדירה", מספר לוי. "דוגמה מהשנה האחרונה היא שבב אלקטרוני בטכנולוגיה מתקדמת בשם Onion, שהתחלתי לפתח בפוסט דוקטורט שלי, ושנמדד חלקית כאן במעבדה בבר אילן. השבב הזה מממש אלגוריתמים קריפטוגרפים רבים ומספק רמת הגנה ידועה ומנותחת היטב, בעלות קטנה בהרבה - ברמת השטח, האנרגיה והביצועים - ממה שקיים היום באקדמיה או בשוק."

 ד"ר איתמר לוי נלחם בזליגת אינפורמציה מרכיבים אלקטרוניים