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量子通信如何做到安全保密

发布时间:2019-07-07 05:53 来源:未知 编辑:admin

  如今所说的量子密码特指利用量子纠缠态的一对相互纠缠的粒子之间“神秘”的相互关联来产生密钥,如果有第三方介入,这种关联就会被破坏,就能被发现,然后让此次产生的密钥作废,再重新来过。仅当只有当事双方参与时,密钥才能顺利产生,亦即此密钥的产生绝不会被第三方知晓,以达到保密的目的。有第三方介入,密钥就不能产生——这是量子密码的核心。

  具体说,一种量子密码的方案是这样的:将要传送的信息编排成一个大数,再另找一个大数作为密钥,将两大数的乘积用普通信道传递给对方,接下来的关键就是传递密钥。有了密钥,除一下,就恢复原来信息;若想用普通计算机试图找出密钥,是可以的,但需要很长时间(若量子计算机出现,所需时间将大为缩短,这种量子密码也将失去意义)。

  传递密钥是这样的(其实也非传递,而是生成密钥):制备一批纠缠光子对,一个光子发送给发信方,另一个光子发送给收信方。测量光子极化方向的偏振片的方位约定好两种,比如一种水平方向,另一种是与水平夹45度角的方向。两人每次测量一个光子时选择的方向都是随机的,但要记录下每次选择的方向,当然也要记录下每次测量的结果,有光子通过偏振片就记1,无光子通过则记0。通过普通信道两人交换测量方向的记录,那些测量方向不一致的测量结果的记录都舍去不要(因为两人的这些测量结果的相关性不会是绝对一致的),剩下的那些测量方向相同所对应的测量结果,两人应一致(除非有第三方截获了部分光子),这一致的记录就可作为两人共同的密钥。

  检测是否有第三方截获的方法至少有这样两种:1)将上段得到的密钥的大数各个数位上的数字之和通过普通信道对比一下;2)任取大数中的某几段数字对比一下。若都相同,说明无人截获,两人得到的密钥是相同的。

  展开全部周幽王“烽火戏诸侯”的故事, 想必大家都很熟悉了。烽火,就是古代的一种通信技术,利用在高台上燃烧干柴产生的烟柱,能瞬间传讯百里,常用于传递紧急军情等重要情报。这种技术信息量小,不足以传递复杂情况,但通过改变点燃烽火的数量以及燃烧不同的物质,它仍能在一定程度上实现秘密通信。唐代李筌所著的《神机制敌太白阴经》曾记载:每夜平安举一火,闻警鼓举二火,见烟尘举三火,见贼烧柴笼。

  然而,烽火传信的方式容易被破解,如何做到通信的安全、保密,人们在这方面从未停止过探索。

  为了确保信息能够做到我知敌不知,一个原则是要对信息进行更好的加密处理。战国军事著作《六韬》中记载了名为“阴符”的通信方法。“阴符”是一种符节,战前由君主授予主将秘密的符节,双方约定八种不同的长度代表不同的军事信息。如,长一尺代表“大胜克敌”,长六寸为“请粮益兵”。这种方式可以有效的实现秘密通信,保密性相较烽火已经要强很多。

  国外同样有用于军事的保密通讯方式。公元前5世纪,古斯巴达人使用了一种叫做“天书”的器械。“天书”是一根用羊皮纸条紧紧缠绕的木棍,书写者自上而下把文字写在羊皮纸条上,然后把羊皮纸条解开送出。除非把羊皮纸条重新缠在一根直径相同的木棍上,所书写的文字才能被解读,否则这一系列不连接的文字看起来毫无意义。这两种保密通信的方式虽不是现代意义的密码通信,但与密码却着重要的共同特征——变换。

  所有军事密码里,最著名的当属德国发明家亚瑟·谢尔比乌斯发明的恩尼格玛密码机,它总共可以生成的密钥总量是10的16次方个。就是说如果每一秒钟尝试一个密匙,大约需要3亿年时间才能全部尝试完。德国人称之为“永远无法破译的超级密码”,它在二战中被频繁使用,但最终还是被盟军破译。

  现代诸如电话、手机、互联网等通信方式虽然便利快捷,但是易于被破译、窃听。近来国际上各类“窃听”事件闹得沸沸扬扬,网络武器、网络和网络战争等对国家安全的威胁也不可忽视。那么,有没有一种通信手段,可以实现绝对安全的信息传递?中国科学技术大学微尺度物质科学国家实验室潘建伟研究小组给出了肯定的回答——运用量子信息作为密钥传输的工具,可以在理论上实现绝对安全的通信。

  量子通信是利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通信方式。量子理论认为,微观领域里,某些物质可以同时处于多个可能状态的叠加状态,对这些物质的一次测量就会改变被测量物质的状态。基于这一原理,以这种状态的物质作为密钥,任何截获或测试量子密钥的操作都会改变量子状态。所以,任何人进行半路侦测并试图获取所加密的信息都是徒劳的。换言之,截获量子密码的人得到的只是无意义的信息,而信息的合法接收者也可以从量子态的改变中知道量子密码曾被截取过。

  量子保密通信的研究已经从理论到了实践,从实验室到了应用。2012年初,以潘建伟团队为核心的技术队伍,在合肥市建成了国际上首个规模化的城域量子通信网络,节点数达到了46个,远远超过国际上已有的同类网络,标志着大容量的量子通信网络技术已经取得了关键突破。

  同时,新华社和中国科大合作建设的金融信息量子通信验证网在北京开通,在世界上首次实现利用量子通信网络对金融信息的安全传输。可以预想,随着量子通信技术的产业化和广域量子通信网络的实现,在不久的将来,作为保障未来信息社会通信安全的关键技术,量子保密通信将有望走向大规模应用,为信息化社会提供基础的安全服务和可靠的安全保障。

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