堵上这个漏洞,量子通信从此万无一失

罗马人有一个赞扬人可靠的说法:「你能在黑暗中信任他。」但是正如恺撒在被他的核心集团成员刺杀时意识到的,有时候最好的策略是不要相信任何人

罗马人有一个赞扬人可靠的说法:「你能在黑暗中信任他。」但是正如恺撒在被他的核心集团成员刺杀时意识到的,有时候最好的策略是不要相信任何人。
纵观整个历史,人们被错误的信任伤害得很深。八月份婚外情网站Ashley Madison的用户隐私外泄的事就是一个很好的例证。他们的配偶则是另一个例证。但就网络安全而言,我们终于有能力建立这样一个世界:那里,我们无需信任。把我们带入这个世界的就是测量器件无关的量子加密术(device-independent quantum cryptography)。一旦这项技术完善之后,你即使从头号敌人那里购买安全通讯装置都不必担心被监听。「你无须信任任何人。」 牛津大学物理学家Artur Ekert如是说。正是他在密码学上的创新激发了这个设想。

这种绝对安全的未来还只是个远景。当今的加密系统并不稳定。我们所有网上购物、银行交易和个人信息的安全性都仅仅建立在数学问题的难度上。如今最为著名的密码系统,RSA,用的是两个非常大的质数的乘积来建立密钥。这两个质数是保密的,但是他们的乘积——一个非常长的二进制数则是公开的。这个公钥可以用来加密数据,但只有知道了那两个原始质数才能解密。RSA的安全性就依赖于大数分解这个数学难题——没有已知的快捷方法能找到一个大数的质因子。唯一的方法就是穷举,一个一个地尝试所有的可能性。
或者说,这只是我们的希望。「我们不能证明这些数学难题无法攻克」 Ekert说。发明出让传统计算机快速地进行质因数分解的方法也并非绝不可能。也许有人已经找到了方法,只是聪明地保密着。如果这样的算法公之于众,网上交易将崩溃,金融交易和绝密的政府通信会曝光。「这将是一个真正的灾难,」加拿大滑铁卢量子计算机研究所 的Michele Mosca说。「这就像千年虫问题,只不过我们不确定它什么时候会发生。」
即使我们可以证明质因数分解问题超出了传统计算机的能力,还有量子计算机呢。因为量子计算机用量子现象计算,它们能同时考虑所有可能的质数。麻省理工学院的数学家Peter Shor早在1994年就表示,这件事将很快实现。简单的量子计算机已经出现,能够实现Shor想法的高级机器也不远了。


在量子计算面前重振旗鼓的一种方式便是以毒攻毒,使用量子密码。这保证了密钥完全随机、不可预测,而且无法破解。

量子密码依靠的是光子和电子这样的物理粒子可以处于叠加态的特性。这些粒子的各种特性,例如自旋极化,可以同时处于多个状态,仅在观测时呈现出精确值。利用这些特点进行加密,你就阻止了任何偷窥秘钥的企图:因为偷窥会改变最终测量结果,从而破坏密钥的防篡改锁定。这种技术已经在保护医疗数据、金融交易和瑞士竞选中使用。
现行的量子加密系统在发报方(通常称为Alice)发送出一个极化光子之前对它进行测量。信息的接收方(通常称为Bob)选择一种特定的方式也来测量这个光子的极化度,然后与Alice用明文对比测量结果。这样,秘钥中的一个位数就产生了。如此循环下去,Alice与Bob就能生成整串密码。


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95919000:2017-11-21 08:50:02