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安全的未来 密码学将进入量子时代

    量子密码学原理
    量子密码学最基本的原理是[量子纠缠],即利用一个特殊的晶体将一个光子割裂成一对纠缠的光子,其粒子间即使相距遥远也是相互联结的,而此对纠缠光子都有着各自不同的偏振方向,是无法确定的,只有当光子被测量或受到干扰,它才有明确的偏振方向,一但其中一个光子的方向被确定,那么另一个光子就被确定为与之相关的偏振方向。也就是说:当网络中传输信息时,发送方和接收方都使用相同的参数来执行信息加密处理时,则可见相同的偏振信息。目前在多数量子密码学通讯中,都是利用光子的偏振特性,由纠缠光子产生的密码只有通过发送器和接收器才能阅读,一但其中某个光子被检测或丢失时,那么双方将立即发现有人在窃听,从而避免信息外泄。

    根据[海森堡测不准原理]及[单量子不可复制定理]的保证,这给如何在量子通道中分配安全密钥,即通讯双方所掌握的随机数字串,提供了有力的支持。此点说明了恶意用户在不知道量子状态的情况下复制单个量子是不可能的,因为要复制单个量子就只能先作测量,而测量必然改变量子的状态。根据这两个原理,即使量子密码不幸被恶意用户所撷取,也会因为测量而改变量子状态,将使所得数据变得毫无意义。如果恶意用户利用高超的手法从合法用户发射端拖出一个量子时,必需要在所缺量子空格中填入一个量子,但此量子会由于极化方式的不同很快被合法用户所发现。如果用户在量子通讯中,每次只发送一个量子时,那么恶意用户只能望数兴叹了。

    第一应用案例
    瑞士的安全技术人员宣称研发了一个新的"牢不可破"的加密方法,其主要用于瑞士全国大选的公民选票保障。此种加密系统即利用了量子加密技术,一但信息在途中被恶意用户窃听、拦截,那么传送者将立即发现其恶意行为,而位于传输中的数据将会消失。由于此方技术是由日内瓦大学研发完成,又被称为[日内瓦安全防线],是目前首个用于公共用途的量子密码学研究成果。

    量子密码学未来
    目前量子密码学基本上处于实验阶段,虽然能在当纤中进行量子密码传送,但由于光子密钥在光纤中传输时消耗快,使得长距离间的通信成为要被攻克的难点,如今在实验中的量子密码最大传输距离不足100公里。如果在此过种中利用光子的相位特性进行编码,那么对光的偏振态要求不那么严谨,而一但使用偏振编码,那么将会使得光子的偏振性退化。另外,目前由于接受加密量子流的单量子装置必须在低温冷却的状态下,才能保证传递加密量子的速度,这也是需要解决的问题。如果在未来时代将量子密码引进互联网,那么网民将会在网络通道中捕捉到属于自身的独立光子密码,而不在安装独立通道。

    近日,[科学与中国]院士专家巡讲团中国科大报告会在中科大大礼堂举行,郭光灿院士表示,量子密码将让再高明的“黑客”也只能望而兴叹,虽然我国在在量子密码、量子因特网等方面的研究已经达到国际水平,某些方面还处于领先地位,但其研究可能还需要 15年至20年的时间才能逐渐发展成熟。

    编者按:虽然量子密码学在以后的运用中会很广泛,但要将其技术达到普化运用,那么还需要研究人员不断的努力,才能实现这一宏伟目标。我们期目以待,让恶意用户对光子密码破解无能为力,望码兴叹!

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