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解密量子通信衛(wèi)星:究竟要干啥?

作者: 時(shí)間:2016-03-09 來(lái)源:財(cái)新網(wǎng) 收藏
編者按:一條實(shí)實(shí)在在的不可竊聽(tīng)不可攻破的物理通信線路,配備著先進(jìn)的設(shè)備、專屬的機(jī)房和深?yuàn)W的物理數(shù)學(xué)模型,的確是可以滿足很多人對(duì)安全感的深層需求。

  作為中國(guó)最年輕的院士,潘建偉還有一個(gè)身份是全國(guó)政協(xié)委員,在兩會(huì)期間,他被記者問(wèn)到最多的東西,當(dāng)然就是和量子計(jì)算機(jī)。雖然量子計(jì)算機(jī)現(xiàn)在還沒(méi)有什么好談,但量子衛(wèi)星馬上就要上天了。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201603/288006.htm

  在接受采訪時(shí),潘建偉透露,我國(guó)研制的世界首顆衛(wèi)星有望在今年7月發(fā)射,相應(yīng)地,量子保密通信“京滬干線”,也將在今年下半年全線開(kāi)通。

  這意味著一個(gè)‘天地一體化’的網(wǎng)絡(luò)將初步形成,也意味著自上世紀(jì)80年代起,至今歷經(jīng)30多年的量子信息研究,終于走向?qū)嵱?。這種衛(wèi)星和地面之間的量子通信,在全球范圍也將是首次實(shí)現(xiàn)。

  潘建偉說(shuō),在不久的將來(lái),量子通信就能進(jìn)入千家萬(wàn)戶。希望通過(guò)十年左右的努力,將來(lái)每個(gè)人在互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行的轉(zhuǎn)款、支付等消費(fèi)行為,都能夠享受到量子通信的安全保障。

  很多人看到這里,也就很明白了,就是說(shuō)中國(guó)科學(xué)家很厲害,總是能搞出大新聞。但是關(guān)于量子通信究竟是什么東西,有沒(méi)有這么牛,是不是存在什么問(wèn)題,就沒(méi)有多少人關(guān)心了。

  不過(guò)我們還是要多說(shuō)幾句。夢(mèng)想總是要回歸現(xiàn)實(shí),人不可能總是活在大新聞里面。

  首先要明確的一點(diǎn),就是量子通信其實(shí)不是通信。

  雖然中國(guó)現(xiàn)在的量子通信手段、技術(shù)乃至產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程已經(jīng)走在世界前列,但是不管是中國(guó)科學(xué)家還是國(guó)外同行所言的量子通信,并不是傳統(tǒng)意義上的對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行直接通信,而主要是給傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信加上量子密鑰。

  說(shuō)白了,就是用量子密鑰替代目前的公鑰加密技術(shù),上周公布的2015年度圖靈獎(jiǎng),就是頒給了發(fā)明公鑰加密技術(shù)的兩位美國(guó)科學(xué)家。

  公鑰加密技術(shù),簡(jiǎn)單的說(shuō),就是拿兩個(gè)很大的質(zhì)數(shù)A和B進(jìn)行乘積,然后把這個(gè)乘積作為公鑰進(jìn)行加密,然后用質(zhì)數(shù)A或B進(jìn)行解密。雖然得到A和B的乘積很容易,但是要直接從這個(gè)乘積分解成兩個(gè)質(zhì)數(shù),就非常非常難。

  但是隨著計(jì)算能力的不斷提高,尤其是基于量子計(jì)算機(jī)的shor算法的出現(xiàn),讓基于大數(shù)因子分解的公鑰加密技術(shù),變得越來(lái)越脆弱。

  這就是為什么,在通信技術(shù)如此發(fā)達(dá)的今天,各國(guó)間涉及政治外交、軍事安全的大部分機(jī)密信件和物品,仍然通過(guò)最傳統(tǒng)的方式——外交信使來(lái)傳遞。即便是再高級(jí)的保密通信,只要是通過(guò)當(dāng)前的電話線、無(wú)線電、光纖等手段,都會(huì)面臨被破譯和竊聽(tīng)的可能。

  這時(shí)候,就需要量子密鑰發(fā)揮作用了。這種方法,是上世紀(jì)90年代美國(guó)IBM公司沃森實(shí)驗(yàn)室的查爾斯·本內(nèi)特等人提出來(lái)的,由A向B發(fā)射一系列不同偏振態(tài)的光子,B對(duì)其進(jìn)行隨機(jī)測(cè)量,然后選取符合A要求的測(cè)量結(jié)果作為密碼。在驗(yàn)證密碼的過(guò)程中,如果存在竊聽(tīng)行為,可以從測(cè)量結(jié)果的錯(cuò)誤率中發(fā)現(xiàn)。

  實(shí)際上,量子密鑰就是在A和B之間共同生成一串只有他們兩邊知道的隨機(jī)數(shù),然后用這個(gè)隨機(jī)數(shù)來(lái)加密。

  本內(nèi)特等人在IBM成功研制出世界上第一臺(tái)量子密鑰分發(fā)的原型樣機(jī),但是它的工作距離僅為32厘米。此后,各國(guó)的科學(xué)家,逐步將量子密碼在光纖中傳輸?shù)木嚯x推進(jìn)到幾十甚至上百公里,并嘗試在自由空間中進(jìn)行傳遞并取得成功。

  理論上,量子密鑰分發(fā)克服了經(jīng)典加密技術(shù)內(nèi)在的安全隱患,是迄今為止惟一被嚴(yán)格證明是無(wú)條件安全的通信方式。


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