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2017網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)高峰論壇|潘建偉:為什么量子通訊是不可竊聽、破譯的?
關(guān)鍵字: 墨子衛(wèi)星潘建偉院士量子通信量子力學(xué)【自古以來,人類對于通信安全的追求從未停止。但是隨著數(shù)學(xué)和算法的不斷發(fā)展,基于計(jì)算復(fù)雜性傳統(tǒng)加密技術(shù)不斷受到挑戰(zhàn):1999年,傳統(tǒng)加密算法RSA512被破解;2009年,RSA768被破解;目前尚未被破解的RSA1024,也被認(rèn)為遲早會(huì)被破解。時(shí)至今日,我們該如何保障我們的通信安全?量子力學(xué)給我們帶來新的希望。
9月18日,在由中央網(wǎng)信辦和上海市人民政府指導(dǎo)、上海網(wǎng)信辦主辦的“2017年網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)高峰論壇”主論壇上,全球第一顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號”首席科學(xué)家、中國科學(xué)院院士潘建偉進(jìn)行了主題演講,通過一系列生動(dòng)的案例,來告訴我們量子技術(shù)是如何為我們營造安全、高效的未來互聯(lián)網(wǎng)的。
中國科學(xué)院院士潘建偉在進(jìn)行主題演講
潘建偉表示,利用“量子不可克隆定理,量子不可分割”特性,在遙遠(yuǎn)兩地的用戶,可共享無條件安全的密鑰,利用該密鑰對信息進(jìn)行一次一密的嚴(yán)格加密,保證通信安全。這也是目前已知唯一的不可竊聽、不可破譯的分發(fā)方式。
根據(jù)資料,2016年8月16日,由潘建偉擔(dān)任首席科學(xué)家的世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號”升空,2017年8月,潘建偉團(tuán)隊(duì)在國際上率先實(shí)現(xiàn)了千公里級星地雙向量子糾纏分發(fā),率先實(shí)現(xiàn)了千公里級星地高速量子密鑰分發(fā),并通過衛(wèi)星中轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)廣域量子保密通信?!?
以下為潘建偉演講全文,觀察者網(wǎng)根據(jù)現(xiàn)場速記整理:
非常感謝高峰論壇的邀請,讓我有機(jī)會(huì)跟大家來分享一下我的一些觀點(diǎn)。我今天報(bào)告的題目是量子安全保障的互聯(lián)網(wǎng)。其實(shí)我們大家都知道信息安全領(lǐng)域的基石是加密技術(shù)。
其實(shí)所謂的加密技術(shù)可以追溯到古希臘以及2700年之前,當(dāng)時(shí)的古希臘斯巴達(dá)人就知道有個(gè)加密棒,然后把布袋繞上去寫好了密碼,把布袋繞開之后,就變成一堆亂碼,大家讀不出來。讀不出來怎么辦呢?只有你的接收方,如果有同樣直徑的加密棒才能讀出來。到了公元前一世紀(jì)凱撒大帝他使用所謂的密碼的替代,比如說把D代表A,然后E代表B。本來tomorrow,就變成了DWWWDFN,就讀不出來了。
隨后有個(gè)阿拉伯的數(shù)學(xué)家阿肯迪,他發(fā)現(xiàn)其實(shí)字母出現(xiàn)的頻率它是固定的。如果像英語里面,你如果替換完以后,同一個(gè)字母代表同一個(gè)意思的話。A的頻率是8%,然后E是12%。如果你讀了很短的信息之后,你馬上就可以對它進(jìn)行分析,很快就可以破譯。所以對于古密碼其實(shí)并沒有真正實(shí)現(xiàn)一種無條件安全的加密的共享。
隨著技術(shù)的發(fā)展,其實(shí)非常有名的加密系統(tǒng),就是德軍在二戰(zhàn)當(dāng)中廣為使用的Enigma密碼系統(tǒng)。非常不幸的是,即使是這么復(fù)雜的密碼系統(tǒng),也被圖靈,計(jì)算機(jī)之父設(shè)計(jì)的圖靈機(jī)破解了。像RSA512(公鑰加密算法——觀察者網(wǎng)注),99年破解了;RSA768,09年被破解了…RSA1024也被認(rèn)為破解是遲早的事,其實(shí)幾年前大家就建議升級到更高的2048。
但是這些技術(shù),隨著位數(shù)的提高,我們的加密所需要的成本會(huì)越來越高,但并沒有顯著地提高我們的安全性。到2017年的時(shí)候,廣泛用于文件數(shù)字簽名、文件數(shù)字證書中的SHA-1算法也被谷歌宣布破解了。從某種意義上講,歷史的經(jīng)驗(yàn)告訴我們依賴于計(jì)算復(fù)雜度的經(jīng)典加密算法,原則上都是被我們破解了。
所以其實(shí)在100多年之前,有一位作者愛倫坡他就寫過一句話,他說:“以我們?nèi)祟惖牟胖且苍S是沒辦法構(gòu)建人類自身不可破解的密碼?!?/strong>那也就是表明了我們的網(wǎng)絡(luò)始終是有漏洞的。非常有意思的是,量子力學(xué)經(jīng)過百余年的發(fā)展,為了解決信息安全傳輸?shù)膯栴},它不是解決網(wǎng)絡(luò)安全所有的問題,但它解決了加密技術(shù)網(wǎng)絡(luò)安全的基礎(chǔ)性的問題。
為了介紹它的基本概念,我們需要簡要回顧一下什么是量子力學(xué)。量子是構(gòu)成物質(zhì)的最基本單元,我們是原子是一個(gè)一個(gè)的,不存在二分之一個(gè)氫原子。所以水分子也是一個(gè)個(gè),你不能用刀把它切一下,把它切成二分之一的水分子、四分之一的水分子。
對光來說也是這樣的,一個(gè)15瓦的電燈泡,它大概每秒可以發(fā)出萬億的光子,都是由小顆粒組成的。這些小顆粒跟我們經(jīng)典世界有本質(zhì)的不同。我們經(jīng)典世界可以用一只貓死和活這兩個(gè)狀態(tài),來加載一個(gè)比特的信息。但對于微觀世界的體系的話,它不僅可以處于0或1的狀態(tài),甚至可以0+1。其實(shí)它的物理世界非常簡單,我讓光子極化,它45度偏轉(zhuǎn)的時(shí)候,它就變成0+1的疊加態(tài)了。
對于這種疊加態(tài)非常有名的原理,叫海森堡原理,他告訴我們這樣的量子態(tài)你測量它,會(huì)不可避免會(huì)有噪聲的。當(dāng)我們把這個(gè)東西拓展到兩粒子體系的時(shí)候,就形成量子糾纏的概念。比如這兩只貓是活活加死死狀態(tài)的疊加,一只在北京,一只在上海。這個(gè)時(shí)候我去看它的時(shí)候,如果北京的貓屬于活的狀態(tài),上海的這只貓瞬間的就變成活的狀態(tài)。利用這樣的東西,我們就可以原理上來實(shí)現(xiàn)一種絕對安全的量子密鑰分發(fā)。
第一我們利用“量子不可克隆定理,量子不可分割”,使得“有人竊聽必然被發(fā)現(xiàn)”。在這基礎(chǔ)之上,完成安全的密鑰分發(fā),我們就可以實(shí)現(xiàn)一次一密不可破解的量子密鑰的分發(fā)。
從根源的上講,它還可以用來作為疊加信息在網(wǎng)絡(luò)里面的傳輸。因?yàn)闀r(shí)間關(guān)系,我只畫了一張非常簡要的圖。比如說楊主任要到北京去開會(huì),航班趕不上怎么辦?我可以這樣操作,我通過無線電臺把信息發(fā)到這邊,我就可以利用糾纏物質(zhì),把楊主任傳輸?shù)缴虾?。?dāng)然這個(gè)真的要做出來,還需要很長的時(shí)間。但是對于多終端量子引擎的傳輸,它已經(jīng)實(shí)現(xiàn)分布式量子網(wǎng)絡(luò)這么一個(gè)基本單元。
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- 責(zé)任編輯:趙曉明
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