國家安全域性（NSA）研究部門主管吉爾·埃雷拉近日首次接受媒體（MIT科技觀察）採訪，深入闡述了量子計算、網路安全的未來、美國情報部門的熱點技術、以及如何應對未來的挑戰。
埃雷拉是國家安全域性研究部門新上任的主管。與國家安全域性的其他部門一樣，該部門有雙重使命：保護美國資訊系統並監視世界其他地區。
該部門的預算是頂級機密，但想必是一筆驚人的費用，因為國家安全域性是全球最大的間諜機構之一，而埃雷拉主管的研究機構則是整個美國情報界最大的內部研發部門。NSA研究部門必須為尚未發生的潛在威脅和問題提出解決方案。
對於一個從事著深入科學工作的人來說，吉爾·埃雷拉有一個近乎“巫師”的使命：用量子物理學和數學定理展望未來，塑造未來！
量子霸權
在上任後首次接受採訪，埃雷拉闡述了他的團隊目前正關注的技術以及威脅。他的優先事項顯示了美國國家安全域性的目標正在發生巨大變化，工作重心從監視恐怖組織活動向近年來快速升溫和變化的地緣政治格局重新平衡。他解釋了為什麼新技術的興起，就威脅和機遇而言，是他的團隊必須應對的核心。
埃雷拉能夠上位掌舵，因為該NSA的研究機構面臨新的挑戰。冷戰的兩極化世界已經成為歷史，美國作為一個孤獨的超級大國的快速轉變已經結束。新世界是一個更加混亂的世界，其特徵是美國、中國和俄羅斯之間的大國競爭的新興時代。與此同時，美國國家安全域性仍未完全從九年前（斯諾登）披露的一系列全球和國內監控計劃內幕的大規模洩密事件中恢復過來，這些事件引發了一場對美國情報機構的批評和改革呼籲的風暴，並改變了普通美國人對國家安全域性的看法。與NSA合作的公司因尷尬和憤怒而退縮，這也徹底改變了國家安全域性的運作方式。
“我們現在正處於一個新時期，我們需要開始更多地關注更大的對手，更復雜的對手，不一定會利用商業服務的對手。”埃雷拉說，“這些對手擁有自己的本土服務，並創造了自己的技術。因此，作為一個研究部門，我們需要做出回應。我們需要提供技術，使我們能夠訪問查詢那些能帶給我們大量資訊，並幫助我們監控由於大國競爭而正在出現的各種系統。”
技術革命正在加速，一切變得不那麼可預測。
“任何時候有這種轉變，它都是複雜的。”埃雷拉說，“每一代技術都帶來新的挑戰。”
例如，該部門投入了大量資源來掌握量子計算，該技術有可能破解用於保護當今和未來數字世界中敏感資料的加密技術。強大的國家、公司和大學正在投入大量資金開發量子計算機，其效能相比當今的計算機將呈指數級增長。
“大國競爭推動了議程。"埃雷拉說，“它改變了我們需要的技術和訪問方式。量子和5G等技術只是其中的一部分。”
自1995年以來，隨著Shor演算法的出現，NSA研究部門一直處於量子計算研究的最前沿，該演算法展示了量子計算機如何以比普通計算機更快的速度分解素數，這正是破解加密所需的工作。
該部門正在推進該領域的基礎研究，甚至包括大型科技公司製造的最先進的量子計算機。在開發世界上最好的量子計算機的競賽種，谷歌和IBM都在他們的機器中使用了相同的基本元件來產生量子行為，稱為transmon量子位元，這是在NSA研究部門贊助下發明的。“從歷史上看，國家安全域性一直是學術量子計算研究的最大資助者。”赫雷拉說。
埃雷拉對討論他的研究部門正在關注的具體技術細節猶豫不決，但當被問及在一個技術高速發展的世界中從事間諜活動的挑戰時，他提到了全球各地的5G網路。埃雷拉解釋說，5G為收集情報帶來了新的挑戰。成功監控5G需要深入瞭解它與上一代技術的根本不同之處：更高的速度，更小的（基站）覆蓋範圍，更多的分配節點，不同的資料協議燈。
研究未來之事，首先需要掌握將定義未來的元素。
成為未來
美國國家安全域性的研究部門的前身是黑室（Black Chamber），黑室是美國第一批平民密碼破譯者，他們的任務是監視電報等尖端技術。該組織僅在1919年至1929年間存在，根據詹姆斯·班福德2001年出版的《秘密之軀：超機密國家安全域性剖析》一書，該組織解碼了來自十幾個國家的1萬多條資訊。
除了開創性的密碼分析工作外，該組織還成功地獲得了西聯匯款等美國有線電視公司的監視幫助，這些公司可以為這些新出現的美國間諜提供敏感的通訊資訊以供檢查。
當美國國務卿亨利·史汀生髮現該組織正同時監視美國的敵人和盟友時，黑室因醜聞而被關閉。在黑室被關閉僅八個月後，美國面對1930年代日益不穩定的世界間諜能力癱瘓的前景，改革了陸軍訊號情報局。在處理黑室舊記錄的三個人中，有一位是數學家所羅門·庫爾巴克，他是SIS的創始人之一，這曾是美國國務院的秘密。
庫爾巴克在第二次世界大戰之前和期間在破解日本和德國密碼方面發揮了重要作用，後來他領導了新成立的國家安全域性的研發部門。在一年之內，它演變成我們今天所知道的NSA研究部門：一個獨特而獨立的研究空間，不會被該機構的日常工作所幹擾。
"重要的是要有一個研究部門，即使是在一個使命驅動的組織中，這個部門能夠超越危機進行思考。"但埃雷拉補充說，該部門確實也會將其部分工作用於"當天的危機"。它執行著一個名為"隨叫隨到的科學家"的程式，該計劃允許NSA任務分析師在詢問資訊面臨技術挑戰時，能透過電子郵件向研究部門的數百名科學家。
如果說未來已來，那麼NSA的使命之一就是“成為未來”。NSA最核心的目標就是掌握領先當前時代的技術，這聽上去像是一個研發部門或者研究機構的目標，事實上，NSA的運作幾乎就像一所小型的精英技術學院，由五個學術部門——數學、物理、網路、計算機科學和電氣工程組成，每個部門都有100到200名員工。
大國密碼
NSA的網路安全部門負責保衛聯邦政府的國家安全以及軍事工業基礎，也是最引人注目的部門，而且是有意為之。在過去的五年裡，習慣躲在陰暗角落的國家安全域性在網路安全方面變得更加高調和活躍。NSA甚至還啟動了公共諮詢和研究專案，這類專案曾是NSA所詛咒的，要知道，向來低調的NSA直到成立20年後才為世人所知。
現在，NSA研究的產品，例如Ghidra（一種免費的，高階逆向工程工具），有助於技術剖析駭客工具以及其他軟體，已經在世界各地開始流行，並贏得信賴。這些強大的網路安全工具，成了NSA完成招聘宣傳和公共關係管理的有力武器。
埃雷拉曾經指導過的物理專案組執行著數十個實驗室，這些實驗室負責量子資訊科學的大部分工作，但它的職權範圍要廣泛得多。由於將更多電晶體擠壓到晶片中的努力正在遭遇物理瓶頸，有可能減緩甚至終止60年來可預測的快速計算增長，該研究組的物理學家正在探索新材料和新計算架構，以推動下一代計算進入一個不太可預測的未來，這正是該研究部門首次出現時被賦予的任務。
與此同時，自網際網路首次出現以來，電氣工程專案組一直在密切關注電信網路的物理和工程技術。除了圍繞5G的問題外，它還涉及數字世界的方方面面，從海底電纜到衛星通訊。
一些新興技術目前尚不能進行完全歸類。例如，計算機科學專案組在人工智慧和機器學習方面的工作跨越了網路安全任務和與數學家的資料分析工作。
埃雷拉一再提出，NSA研究部門需要在合成生物學等快速發展的領域提高實力和洞察力。埃雷拉指出不僅僅是美國，其他大國的軍方領導人也曾稱生物技術是國防的優先事項。
“現在世界上的大部分競爭都不是軍事的。”埃雷拉說，“軍事競爭正在加速，但其他技術的傳播，如合成生物學，坦率地說是令人震驚的。研究的作用是幫助國家安全域性瞭解這些技術的影響。我們不知道我們實際參與了多少，但這些都是我們必須關注的領域。”
NSA研究部門最古老的數學專案組是獨一無二的。埃雷拉認為數學是整個研究部門的核心工作。國家安全域性是美國最大的數學家僱主，擁有一批最優秀的數學家。“實際上，國家安全域性研究部門的所有專案組都不得不與科技公司用高薪競爭人才，但數學組沒有這個問題。”埃雷拉說，“因為矽谷通常更重視軟體開發人員而不是數學家。”
數學組通常與計算機組合作，幫助解決NSA最有趣的問題之一：大資料。儘管公眾對大規模監視進行了批判和清算，但NSA仍然面臨著收集海量資料的挑戰，拋開法律和道德問題不談，篩選海量資料以找到所有有價值資訊是一項極為艱鉅的任務。美國國家安全域性認為，它在內部談論的那種"廣泛的訪問和收集"既是一項成就，也產生了一系列問題。資料科學領域的目標就是解決這些問題。
“每個人都認為他們的資料是世界上最混亂的，而我手裡的資料可能才是最混亂的，因為（這些資料）是從那些不希望我們擁有它的人那裡獲取的。”埃雷拉在國家安全域性的前任，計算機科學家黛博拉·弗林克在2017年斯坦福大學的一次演講中說道。
理解大量偷來的數百種語言的資訊以及更多技術格式的資料仍然是該局的長期任務之一。
在數字時代，間諜活動的主要目標之一是能夠解碼受到強加密保護的重要資料。這就是為什麼NSA研究部門的數學家和計算機科學家為世界上一些最敏感的系統設計和破解密碼演算法的原因。
密碼的構建和破解是該局工作的核心，當NSA展望未來時，它看到的是一個充滿資料的日益數字化的世界。埃雷拉指出：NSA希望既能保護又能監視它，這將有助於在很長一段時間內定義大國競爭。
“未來，超級大國的興衰將取決於其密碼分析程式的實力。”NSA2007年的一份檔案解釋說，“這是美國保持不受限制地進入和使用網路空間的門票。”
“NSA研究部門的存在就是為了實現這個目標。”埃雷拉說，“我們部門的每個人都牢記著這條使命。”
