«Свобода научного творчества»: кандидат технических наук, выпускник аспирантуры ЛЭТИ Алексей Петренко о научном пути и перспективах развития квантовых технологий

Выпускник аспирантуры СПбГЭТУ «ЛЭТИ» по специальности «Информационная безопасность» Алексей Петренко поделился опытом подготовки и защиты кандидатской диссертации и рассказал о перспективах квантовых технологий.

Алексей Петренко в 2025 году окончил аспирантуру СПбГЭТУ ЛЭТИ по специальности «Информационная безопасность» и впоследствии успешно защитил кандидатскую диссертацию, посвященную разработке постквантовых алгоритмов электронных цифровых подписей. За время обучения он стал двукратным стипендиатом Президента РФ, автором трех монографий, двух учебных пособий, и 16 зарегистрированных программ для ЭВМ.

Мы поговорили с Алексеем о его научном пути, квантовых компьютерах и о том, почему специальность «Информационная безопасность» дает студентам уникальную свободу творчества. 

- В 2025 году Вы закончили аспирантуру ЛЭТИ и защитили кандидатскую диссертацию. Что для Вас значит этот этап и изменилось ли что-то в ощущении себя как ученого после защиты? 

- К защите кандидатской я шел последовательно, и сама подготовка в стенах ЛЭТИ и защита диссертации значили для меня конечно очень много. Как ученый, я, естественно, планирую не останавливаться на достигнутом, рассматриваю этот этап как основу для научного развития и профессионального роста. Изменилось ли ощущение себя? Пожалуй, да – теперь я чувствую большую уверенность в своих знаниях и навыках, стала выше научная квалификация, появилось ощущение что стал способен лучше видеть дальнейшие направления научных исследований.

- Ваши научные интересы охватывают информационную безопасность, искусственный интеллект, блокчейн и квантовые технологии. Как все это связано и что является основным вектором? 

- Мои научные интересы сфокусированы прежде всего на сквозных информационных технологиях, квантовой информатике и компьютерной безопасности. В свое время мне было очень интересно заниматься квантовыми вычислениями, квантово-вдохновленными алгоритмами, квантовым криптоанализом, постквантовой криптографией и технологиями блокчейн. Эти направления крайне актуальны и являются своего рода фронтиром информационной безопасности (ИБ), именно в рамках моей кандидатской диссертации я нашел применение своим разработкам. Также я занимался искусственным интеллектом, но преимущественно с позиции ИБ. Другими словами, квантовая информатика и компьютерная безопасность являются для меня основой, некоторым стержнем,  который связывает все перечисленные научные направления воедино. Кстати, во многом выбору этого пути поспособствовал мой отец, чьи научные интересы заложили мой первоначальный интерес к компьютерам и защите информации.

- Если оглянуться на годы обучения, какие результаты своей научной работы Вы считаете наиболее значимыми?

- Результатов много, но выделить что-то одно было бы сложно. За время обучения я дважды становился победителем конкурса стипендий Президента РФ для аспирантов по приоритетным направлениям. Выигрывал «Гранты ИБ» от Московского технического университета связи и информатики и молодежный конкурс научных проектов #ВЦЕНТРЕНАУКИ, выступал исполнителем НИР по грантам Российского фонда фундаментальных исследований.

Что касается публикационной активности и разработок: я автор трех научных монографий, 11 статей, индексируемых в Scopus, и более 60 статей в журналах из перечня ВАК. Также мною было разработано 16 программ для ЭВМ, на которые получены свидетельства о государственной регистрации.

В июне 2026 года вышла моя новая монография «Построение постквантовых алгебраических алгоритмов электронных цифровых подписей (ЭЦП) с двумя скрытыми группами», в которой рассказано о новых разработках в области постквантовой криптографии и способах применения разработанных алгоритмов. Решения, описанные в этой книге, позволят обеспечить конфиденциальность цифровых платформ экономики данных РФ в условиях будущих кибератак с применением квантовых компьютеров.

- Вы планируете продолжить научную карьеру и защитить докторскую диссертацию?

- Да, планирую защищать докторскую, но для меня это скорее не какая-то глобальная цель, а логичный, следующий промежуточный этап на научном пути. Параллельно я хотел бы приступить к преподаванию. Что касается науки, то теперь я буду заниматься квантовой устойчивостью блокчейн-платформ и экосистем в целом. Если в кандидатской я рассматривал квантовую устойчивость как характеристику при применении разработанных мной алгоритмов ЭЦП, то теперь планирую изучать ее как системное свойство. Это предъявляет совершенно другие требования и к системе в целом, и к ее компонентам. Прагматическая цель моей работы в этом направлении – подготовить инфраструктуру сложносоставных систем к моменту, когда квантовые компьютеры войдут в нашу повседневную жизнь, и конечно было бы интересно совместить эту работу с преподаванием и написанием докторской.

- О квантовых компьютерах говорят все чаще. Если объяснить простыми словами, как они могут изменить нашу жизнь в ближайшие годы?

- Квантовые компьютеры – это вычислительные системы, которые используют законы квантовой механики для обработки информации. Благодаря этому они могут значительно быстрее классических компьютеров решать некоторые традиционно сложные задачи. Квантовые компьютеры, безусловно, изменят нашу жизнь. Ученые по-разному оценивают сроки: кто-то говорит о 2040, кто-то – о 2035 годах. В первую очередь, говоря об этом, специалисты по кибербезопасности имеют в виду так называемый Q-Day – день, когда современные криптографические примитивы станут массово и практически уязвимы для квантовых вычислителей. Криптографы всего мира уже сегодня работают над тем, чтобы смягчить последствия наступления этого гипотетического дня.

Но есть и второе, не менее важное направление - применение квантовых алгоритмов для решения сложных оптимизационных задач. Такие задачи возникают в логистике, промышленности, энергетике и транспорте, где необходимо выбрать наилучшее решение из миллионов возможных комбинаций, а их решения уже сегодня приносят коммерческую выгоду во многих странах. К примеру, канадская сеть супермаркетов Save-On-Foods совместно с разработчиком адиабатических квантовых компьютеров D-Wave использовала гибридные квантовые алгоритмы для оптимизации логистики и комплектации заказов. По данным компании, время расчета оптимального плана удалось сократить примерно с 25 часов до двух минут. В целом подобные задачи можно представить как поиск лучшего решения среди миллионов или миллиардов возможных комбинаций, когда одновременно нужно учитывать стоимость, сроки, загрузку транспорта, доступность ресурсов и другие ограничения. При этом качество и скорость получения таких результатов с каждым годом растут. 

Еще одно активно развивающееся направление – квантовые коммуникации, прежде всего квантовое распределение криптографических ключей (QKD). В таких системах информация передается с помощью квантовых состояний фотонов, а безопасность обмена обеспечивается законами квантовой механики. Любая попытка перехвата изменяет передаваемый сигнал и может быть обнаружена. В отличие от универсальных квантовых компьютеров, квантовые линии связи уже используются на практике для защиты особенно важных каналов передачи данных. При этом квантовое распределение ключей не относится к постквантовой криптографии, а представляет собой самостоятельный подход к построению защищенных систем связи. 

Важно понимать: квантовый компьютер нельзя рассматривать как следующую ступень эволюции классических систем. Мы не перейдем разово с обычных ПК на квантовые. И уж точно не получится выдать такой компьютер каждому человеку в руки вместо смартфона. Это крайне полезный, но специализированный инструмент для решения специфичных вычислительно сложных задач.

- Одно из направлений Ваших исследований – постквантовая криптография. С чего Вы начинали и почему специалистам важно готовиться к квантовой эпохе уже сейчас? 

- Изначально я занимался квантовым криптоанализом. Меня заинтересовал вопрос - на что способны современные квантовые компьютеры для взлома хотя бы самых базовых криптографических примитивов? Тогда я разработал модификацию алгоритма Шора (квантовый алгоритм разложения числа на простые множители) для определенных параметров и условий. Она не была универсальной, но при апробации показала значительно лучший результат, чем оригинальный алгоритм. Полученные результаты легли в основу моей выпускной квалификационной работы как специалиста.

Но на каком-то этапе я понял, что рассматривать тему только с позиции «атакующего» для демонстрации возможных уязвимостей может оказаться недостаточным для написания кандидатской диссертации. Проблема слишком острая и на самом деле имеет глобальный характер. Я посмотрел на нее с позиции «защищающегося», стал искать направление, где мои знания принесут максимальную пользу, и выбор пал на электронные цифровые подписи в составе современных распределенных систем. Эта область масштабная и, что важно, относительно неисследованная с точки зрения защищенности от будущих квантовых атак. Именно разработке семейства таких постквантовых ЭЦП и была посвящена моя кандидатская диссертация.

Готовиться к квантовой эпохе нужно уже сейчас, потому что угроза реальна, и неизвестно когда на самом деле будет разработан первый квантовый компьютер, пригодный к практическому взлому современных криптоалгоритмов. Даже после наступления Q-Day исследования в области как квантового криптоанализа, так и постквантовой защиты будут актуальны долгие годы. При этом уже сегодня многие крупные компании и даже правительства отдельных стран начинают последовательный переход на постквантовые криптопримитивы, что подтверждает острую актуальность этого направления.

- Какие возможности для научного развития дала вам аспирантура в ЛЭТИ?

- В первую очередь, это поддержка и грамотные консультации. По огромному количеству вопросов я обращался к своему научному руководителю доктору технических наук, профессору, заслуженному изобретателю РФ, профессору кафедры информационных систем Молдовяну Николаю Андреевичу и профессорско-преподавательскому составу кафедры информационной безопасности. Я хочу выразить им огромную благодарность.

Отдельное спасибо вузу за поддержку в реализации амбициозных планов, так университет помог с заявкой на получение президентской стипендии. Поскольку я учился на «отлично», вуз поддерживал меня и финансово – посредством повышенной государственной академической стипендии. Я благодарен ЛЭТИ за все предоставленные возможности.

- Многие студенты хотят заниматься исследованиями, но не знают, с чего начать. Что бы Вы сказали абитуриентам, которые задумываются о карьере в сфере информационной безопасности?

- Если вы уже выбрали это направление или только думаете над этим – вы абсолютно на правильном пути. Это крайне интересная, востребованная и наукоемкая сфера, дающая огромное количество возможностей для роста.

В сфере компьютерной безопасности всегда есть сотни интересных тем для исследований. Количество угроз, уязвимостей и злонамеренных воздействий в мире непрерывно растет. Несмотря на все усилия специалистов, процент успешно обнаруженных и отраженных атак по разным оценкам едва ли достигает 43%. Это означает, что с развитием технологий количество новых угроз, уязвимостей и проблемных ситуаций всё более увеличивается с каждым годом.

Я считаю что ограничений в выборе актуальной темы практически нет. Более того, вы можете выбирать междисциплинарные темы, исследуя ИБ к примеру на стыке с искусственным интеллектом, блокчейном или квантовыми вычислениями. В рамках даже одной темы способов реализовать что-либо новое – огромное множество. Поэтому я уверен, что любой студент, поступивший на информационную безопасность, обязательно найдет способ реализовать себя как специалиста, проявить свободу творчества и предложить что-то действительно новое. Учитесь на этом направлении – здесь всегда есть что исследовать!