Fiducia, privacy e il futuro dell'informatica

Come possiamo fidarci delle informazioni che riceviamo? Come possiamo proteggere i nostri dati in un mondo digitale? E come possiamo prepararci a tecnologie che non esistono ancora appieno, come i computer quantistici su larga scala?

Queste domande sono al centro del lavoro di quattro giovani ricercatori che attualmente operano, o hanno operato di recente, presso il Dipartimento di Scienze della Computazione Bocconi. Sebbene le loro ricerche abbraccino diversi ambiti dell’informatica teorica e della crittografia, condividono un obiettivo comune: costruire le basi matematiche di un futuro digitale più sicuro e affidabile.

Gal Arnon: Rendere le verifiche più efficienti

Come possiamo essere certi che un sistema complesso sia stato davvero verificato in modo adeguato? Questa è la domanda al centro della ricerca di Gal Arnon nell’informatica teorica.

La società moderna dipende da sistemi che devono funzionare in modo impeccabile: il software a bordo di un aereo, il codice che protegge le transazioni online o gli algoritmi alla base delle infrastrutture critiche. Ma verificare che questi sistemi siano stati testati a fondo può diventare di per sé una sfida enorme.

Gal studia i sistemi di prova probabilistica, metodi matematici che consentono a una parte di convincere un’altra che un calcolo o un processo di verifica sia stato eseguito correttamente, senza dover ripetere l’intero processo da zero. L’obiettivo è rendere la verifica al tempo stesso affidabile ed efficiente, tenendo conto anche del pericolo derivante dalle cosiddette «allucinazioni» (errori o invenzioni da parte dei modelli di linguaggio di grandi dimensioni o LLM).

Gal Arnon spiega l’idea con un semplice esempio: immaginate di chiedere a un ingegnere di testare ogni possibile scenario di guasto per il computer di un aereo. Leggere un rapporto completo di ogni singolo test richiederebbe uno sforzo quasi pari a quello necessario per controllare tutto personalmente. La sua ricerca studia se esistano modi più intelligenti per fornire prove convincenti che il lavoro sia stato svolto correttamente.

In un’epoca caratterizzata dalla disinformazione e da crescenti preoccupazioni riguardo alla fiducia nei sistemi digitali, questa linea di ricerca ha implicazioni per la sicurezza informatica, l’affidabilità dei sistemi informatici e il futuro delle informazioni verificabili.

La tesi di dottorato di Gal Arnon, intitolata “New Advancements in Interactive Oracle Proofs: Theory, Practice, and Limitations” (Nuovi progressi nelle prove interattive Oracle: teoria, pratica e limiti), gli è valsa la menzione d’onore per il Premio per la tesi di dottorato dell’Association for Computing Machinery.

Paul Lou: Preparare la crittografia per l’era quantistica

Ogni volta che paghiamo con una carta, accediamo a un account di posta elettronica o inviamo un messaggio online, la crittografia contribuisce a proteggere le nostre informazioni. Tuttavia, l’arrivo di potenti computer quantistici potrebbe alla fine compromettere molti dei sistemi crittografici attualmente utilizzati in tutto il mondo.

Paul Lou lavora alla progettazione di nuove forme di crittografia post-quantistica: sistemi di sicurezza pensati per rimanere efficaci anche in un futuro in cui i computer quantistici diventeranno una realtà concreta.

La sua ricerca si concentra sulla crittografia a chiave pubblica, la tecnologia che protegge innumerevoli interazioni digitali quotidiane. Sebbene esistano già diversi sistemi post-quantistici in via di sperimentazione, nessuno può ancora garantire quali approcci resisteranno davvero agli attacchi futuri. Paul Lou esplora quindi strutture crittografiche completamente nuove che potrebbero rimanere sicure anche se molte delle attuali proposte dovessero fallire.

Per Paul, uno degli aspetti più entusiasmanti della Bocconi è la combinazione di competenze in crittografia, apprendimento automatico e informatica teorica. È particolarmente interessato alle connessioni emergenti tra crittografia e intelligenza artificiale — ad esempio, l’utilizzo di concetti crittografici per comprendere meglio i limiti e l’affidabilità dei modelli linguistici di grandi dimensioni.

In collaborazione con i colleghi della Bocconi e con i ricercatori dell’Università di Harvard, Paul ha recentemente partecipato alla stesura di una ricerca che mette in discussione un presupposto ampiamente diffuso alla base della sicurezza di determinati metodi di crittografia. Più in generale, considera l’ambiente collaborativo del dipartimento come il contesto ideale per esplorare alcune delle sfide più importanti in materia di sicurezza dei prossimi decenni.

Tamer Mour: Tutela della privacy nelle tecnologie emergenti

Come possiamo utilizzare tecnologie potenti come l’intelligenza artificiale senza esporre dati personali sensibili? E come possiamo verificare che un computer quantistico stia effettivamente eseguendo calcoli quantistici anziché limitarsi a dichiarare di farlo? Queste sono alcune delle domande che guidano la ricerca del crittografo Tamer Mour.

Il suo lavoro combina rigorose basi matematiche con una forte attenzione alle applicazioni nel mondo reale. Un’area di ricerca è quella del calcolo privato, che mira a rendere possibile l’elaborazione di informazioni riservate senza rivelarne il contenuto. Tali tecniche potrebbero consentire a ospedali, aziende o individui di beneficiare di sistemi avanzati di intelligenza artificiale mantenendo al contempo la riservatezza dei propri dati.

Tamer ha inoltre lavorato su metodi per la verifica delle capacità quantistiche. Man mano che i computer quantistici diventano sempre più potenti, ricercatori e aziende avranno bisogno di metodi affidabili per determinare se un dispositivo possiede realmente le proprietà quantistiche che dichiara di avere. La sua ricerca sviluppa strumenti crittografici in grado di fornire tali prove.

Durante il suo soggiorno alla Bocconi come ricercatore postdoc, Mour ha trovato un ambiente che incoraggia sia il rigore scientifico che l’esplorazione intellettuale. La collaborazione con ricercatori che condividevano il suo interesse nell’affrontare le sfide tecnologiche emergenti gli ha permesso di esplorare nuove direzioni nella crittografia, pur rimanendo fedele ai principi fondamentali del settore.

Valerio Cini: Rendere utili i dati sensibili senza rivelarli

In che modo le organizzazioni possono trarre vantaggio da potenti servizi digitali senza esporre le loro informazioni più sensibili? Lo studioso di crittografia Valerio Cini si dedica proprio a questo aspetto.

Ospedali, centri di ricerca, aziende e istituzioni pubbliche si affidano sempre più a risorse informatiche esterne per analizzare dati, addestrare modelli di intelligenza artificiale o eseguire simulazioni su larga scala. Tuttavia, gran parte delle informazioni coinvolte, dalle cartelle cliniche ai dati finanziari fino ai risultati di ricerca riservati, semplicemente non può essere condivisa senza rischiare violazioni della privacy o infrangere le normative.

Valerio Cini studia strumenti crittografici progettati per risolvere questa incertezza. Il suo obiettivo è rendere possibile l’utilizzo di servizi digitali avanzati mantenendo al contempo una forte protezione dei dati sensibili.

Parte della sua ricerca si concentra su forme avanzate di crittografia in grado di supportare un accesso granulare alle informazioni, consentendo solo agli utenti o ai sistemi autorizzati di visualizzare dati specifici. Inoltre, studia sistemi di prova crittografica che possano aiutare le organizzazioni a verificare che un fornitore di servizi cloud abbia eseguito correttamente un calcolo, senza dover ripetere l’intero calcolo autonomamente. Man mano che un numero crescente di servizi si sposta verso infrastrutture digitali condivise, Cini ritiene che queste tecnologie diventeranno sempre più importanti. Anziché considerare la privacy come un ostacolo all’innovazione, la sua ricerca mira a renderla un fondamento per servizi digitali affidabili.

Un impegno condiviso per un computing affidabile

A prima vista, il lavoro di Gal Arnon, Paul Lou, Tamer Mour e Valerio Cini affronta sfide diverse. Tuttavia, tutti e quattro i ricercatori sono accomunati da una domanda: come può la società continuare a fidarsi delle tecnologie digitali man mano che queste diventano più potenti e sempre più integrate nella vita quotidiana?

Le loro risposte spaziano dalla dimostrazione della corretta esecuzione dei calcoli, alla protezione delle comunicazioni dai futuri computer quantistici, fino alla tutela delle informazioni sensibili pur consentendo nuove forme di calcolo e di intelligenza artificiale. Insieme, illustrano come i progressi nell’informatica teorica e nella crittografia possano plasmare tecnologie non solo più potenti, ma anche più affidabili.

Questa combinazione di ricerca fondamentale e rilevanza nel mondo reale è un tratto distintivo del Dipartimento di Scienze della Computazione della Bocconi, dove le competenze in crittografia, informatica teorica, apprendimento automatico e intelligenza artificiale creano un terreno fertile per affrontare alcune delle questioni tecnologiche più importanti del nostro tempo.