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2017網(wǎng)絡安全技術高峰論壇|潘建偉:為什么量子通訊是不可竊聽、破譯的?
關鍵字: 墨子衛(wèi)星潘建偉院士量子通信量子力學【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)學和算法的不斷發(fā)展,基于計算復雜性傳統(tǒng)加密技術不斷受到挑戰(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,也被認為遲早會被破解。時至今日,我們該如何保障我們的通信安全?量子力學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、上海網(wǎng)信辦主辦的“2017年網(wǎng)絡安全技術高峰論壇”主論壇上,全球第一顆量子科學實驗衛(wèi)星“墨子號”首席科學家、中國科學院院士潘建偉進行了主題演講,通過一系列生動的案例,來告訴我們量子技術是如何為我們營造安全、高效的未來互聯(lián)網(wǎng)的。
中國科學院院士潘建偉在進行主題演講
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行一次一密的嚴格加密,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,由潘建偉擔任首席科學家的世界首顆量子科學實驗衛(wèi)星“墨子號”升空,2017年8月,潘建偉團隊在國際上率先實現(xiàn)了千公里級星地雙向量子糾纏分發(fā),率先實現(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,讓我有機會跟大家來分享一下我的一些觀點。我今天報告的題目是量子安全保障的互聯(lián)網(wǎng)。其實我們大家都知道信息安全領域的基石是加密技術。
其實所謂的加密技術可以追溯到古希臘以及2700年之前,當時的古希臘斯巴達人就知道有個加密棒,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。
隨后有個阿拉伯的數(shù)學家阿肯迪,他發(fā)現(xiàn)其實字母出現(xiàn)的頻率它是固定的。如果像英語里面,你如果替換完以后,同一個字母代表同一個意思的話。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行分析,很快就可以破譯。所以對于古密碼其實并沒有真正實現(xiàn)一種無條件安全的加密的共享。
隨著技術的發(fā)展,其實非常有名的加密系統(tǒng),就是德軍在二戰(zhàn)當中廣為使用的Enigma密碼系統(tǒng)。非常不幸的是,即使是這么復雜的密碼系統(tǒng),也被圖靈,計算機之父設計的圖靈機破解了。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也被認為破解是遲早的事,其實幾年前大家就建議升級到更高的2048。
但是這些技術,隨著位數(shù)的提高,我們的加密所需要的成本會越來越高,但并沒有顯著地提高我們的安全性。到2017年的時候,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)驗告訴我們依賴于計算復雜度的經(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)絡始終是有漏洞的。非常有意思的是,量子力學經(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)絡安全所有的問題,但它解決了加密技術網(wǎng)絡安全的基礎性的問題。
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。量子是構成物質(zhì)的最基本單元,我們是原子是一個一個的,不存在二分之一個氫原子。所以水分子也是一個個,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狀態(tài),來加載一個比特的信息。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。其實它的物理世界非常簡單,我讓光子極化,它45度偏轉(zhuǎn)的時候,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,會不可避免會有噪聲的。當我們把這個東西拓展到兩粒子體系的時候,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。這個時候我去看它的時候,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)”。在這基礎之上,完成安全的密鑰分發(fā),我們就可以實現(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)絡里面的傳輸。因為時間關系,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,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?。當然這個真的要做出來,還需要很長的時間。但是對于多終端量子引擎的傳輸,它已經(jīng)實現(xiàn)分布式量子網(wǎng)絡這么一個基本單元。
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- 責任編輯:趙曉明
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