如果說(shuō)量子計算機將是刺穿現有加密系統的“矛”，那么以后我們要怎么保護我們的錢(qián)包和羞于見(jiàn)人的小秘密呢?難道就只能聽(tīng)之任之嗎?當然不是!能夠打敗魔法的只有魔法，量子加密就是量子計算機也不可擊破的安全之“盾”。它是一種不可竊聽(tīng)、不可破譯，是一種無(wú)條件安全的通信加密方式。

在我們網(wǎng)上轉賬、網(wǎng)購血拼時(shí)候，有想過(guò)自己的信息是否安全嗎?擔不擔心突然有一天，有人破解了你的銀行卡密碼，讓你的錢(qián)不翼而飛~

【資料圖】

所以為了時(shí)刻保證我們的信息安全，所有的信息加密算法都在不停的升級。

首先，我們介紹一下傳統通信是怎么實(shí)現信息加密的：

傳統通信加密過(guò)程如下：

傳統通信加密過(guò)程

發(fā)送方寫(xiě)好明文，并通過(guò)加密算法和密鑰將明文編制成密文。密文被傳送到接收方。接收方通過(guò)解密算法和密鑰，把密文翻譯還原成明文。

由此可見(jiàn)，在加密通信過(guò)程中，“密鑰”是非常重要的。

以目前在保護我們“電子錢(qián)包”的RSA密鑰為例，要想破解RSA加密的秘鑰，就要用很暴力的方法將一個(gè)超級大的數字(比如有1024位)分解成兩個(gè)質(zhì)數的乘積，用我國的超級計算機“太湖之光”也要破解幾十年。

看到這里是不是覺(jué)得“高枕無(wú)憂(yōu)”了呢?不要掉以輕心!量子計算的時(shí)代已經(jīng)拉開(kāi)序幕，運用量子計算機，別說(shuō)1024位的密鑰了，破解2048位的密鑰就只需要幾秒鐘!

當計算不再是問(wèn)題，信息安全就成了問(wèn)題。

如果說(shuō)量子計算機將是刺穿現有加密系統的“矛”，那么以后我們要怎么保護我們的錢(qián)包和羞于見(jiàn)人的小秘密呢?難道就只能聽(tīng)之任之嗎?

當然不是!能夠打敗魔法的只有魔法，量子加密就是量子計算機也不可擊破的安全之“盾”。它是一種不可竊聽(tīng)、不可破譯，是一種無(wú)條件安全的通信加密方式。

那么接下來(lái)，小編帶著(zhù)大家一起走近它吧!

01 量子是個(gè)啥?

為了不把大家嚇跑，我們可以這樣簡(jiǎn)單理解，量子是物理界最小的不可再分的基本單位，比如光的最小單位就是光子即“光量子”，就是一種量子。

02 量子加密與傳統加密有什么區別?

剛才我們提到了傳統通信中“密鑰”的重要作用，量子加密的優(yōu)勢就在于它的終極秘寶“量子密鑰”!

量子密鑰跟目前的普通密鑰相比，更加安全、可靠、不可破譯。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)量子加密通信分兩步。

量子通信加密過(guò)程

1、通過(guò)量子信道進(jìn)行量子密鑰分發(fā)。量子衛星發(fā)送一對完全隨機且只有通信雙方知道的量子密鑰，在這一步中，只產(chǎn)生和分發(fā)密鑰。

2、通過(guò)傳統信道進(jìn)行密文傳遞。利用獲得的量子密鑰，發(fā)送方把信息進(jìn)行加密變成一段密文，接收方將收到的密文解密，進(jìn)而實(shí)現通信的完全保密。

03 “量子密鑰”如此靠譜?為啥嘞?

真的如此靠譜!如此靠譜正是依靠量子的隨機性和不可復制性。

隨機性

在量子密鑰分發(fā)過(guò)程中，量子衛星隨機發(fā)送不同偏振狀態(tài)的成對光子(也可稱(chēng)為光量子，是一種量子)。

為測量量子衛星發(fā)送的光子狀態(tài)，作為接收端的通信雙方就要設置測量基，對于每一個(gè)發(fā)來(lái)的隨機偏振狀態(tài)的光子，接收端都要隨機擺放一次測量基來(lái)進(jìn)行測量。

當測量基每收到一個(gè)光子，就要根據以下條件，來(lái)判斷接收到的信息是1還是0。

量子衛星發(fā)來(lái)的光子偏振狀態(tài)接收端測量基的擺放狀態(tài)那么，衛星發(fā)送的光子偏振分為幾種狀態(tài)?接收端的測量基又分為幾種狀態(tài)?又是如何判斷接收到的信號是0還是1的呢?

發(fā)送端發(fā)送光子的偏振狀態(tài)有四種：90°偏振、0°偏振、45°偏振、135°偏振。

接收端的測量基的狀態(tài)有兩種：正放、斜放。

通過(guò)上圖，可以看出：

0°偏振和90°偏振的光子只能被正放的測量基識別，如果遇到斜放的測量基，光子就不能被識別。45°偏振和135°偏振的光子只能被斜放的測量基識別，如果遇到正放的測量基，光子就不能被識別。

那不能被識別咋辦呢?只能“認倒霉”，并依靠量子的“神奇”特性—隨機性進(jìn)行隨機分配了。

對于不能識別的偏振光子，會(huì )隨機分配哪個(gè)代表0哪個(gè)代表1，這也恰恰為量子密鑰超強保密性的“最強殺招”。

舉一個(gè)例子來(lái)說(shuō)明：衛星發(fā)送端隨機發(fā)送一系列不同偏振狀態(tài)的光子對，一組發(fā)送給A，一組發(fā)送給B。

為了便于理解，假設量子衛星發(fā)送給A、B兩地的隨機糾纏量子對偏振方向均如下：

A、B接收端采用如下的隨機測量基進(jìn)行測量，可以分別得到：

最后，通信兩端的A和B用傳統的通信方式，比如打個(gè)電話(huà)或者發(fā)個(gè)微信，溝通交流一下測量基是怎么擺放的“是正著(zhù)放還是斜著(zhù)放”。

隨后A和B把相同測量基對應的信息保留，這些保留的信息我們稱(chēng)之為“量子密鑰”!

因此，上面例子中的“量子密鑰”就是“001”，如下圖所示。

在這個(gè)傳統通信過(guò)程中根本不用擔心竊聽(tīng)，因為就算竊聽(tīng)，也只能得到通信雙方測量基哪些相同哪些不同，但是這對于竊聽(tīng)者根本“沒(méi)有用”，除非他能夠竊聽(tīng)到量子衛星發(fā)往通信雙方的量子信號。

可能有人想問(wèn)了，如果還是有厲害的人能夠竊聽(tīng)到量子衛星發(fā)往通信雙方的量子信號，咋辦?

答案是“絕對不可能!”這就不得不說(shuō)一下量子的另一重要特性了~

不可復制性

因為量子具有不可復制性，即不可在不破壞其狀態(tài)的情況下，被復制或測量到，因而竊聽(tīng)會(huì )被立刻察覺(jué)。

值得注意的是在量子衛星在密鑰分發(fā)時(shí)，密鑰中每對量子都處于“糾纏”狀態(tài)，如果其中一個(gè)量子的發(fā)生改變，那么另一個(gè)量子的狀態(tài)也會(huì )相應改變。

也就是說(shuō)，如果竊聽(tīng)者想要截獲量子密鑰，那么就需要測量量子信道中的量子信號，根據“不可復制性”，量子信號在測量過(guò)程中就會(huì )改變信號本身。

進(jìn)而會(huì )導致密鑰接收雙方收到的信號亂碼大增，從而暴露了自身竊聽(tīng)的存在，可以說(shuō)是“偷雞不成蝕把米”。

另外，每串秘鑰都是隨機產(chǎn)生的，一旦被竊聽(tīng)，通信雙方馬上可以察覺(jué)，馬上換密碼，因此就實(shí)現百分百加密啦~

04 “量子加密”哪家強?

小編驕傲的說(shuō)：只有我國才有世界領(lǐng)先的“秘密武器”——“墨子號”衛星!墨子號量子科學(xué)實(shí)驗衛星，就是為了量子通信而研發(fā)。

目前量子通信已經(jīng)開(kāi)始邁向實(shí)際應用。

2017年9月29日，世界首條量子保密通信干線(xiàn)——“京滬干線(xiàn)”正式開(kāi)通?！熬删€(xiàn)”傳輸距離達2000多公里，途徑北京上海等多個(gè)城市，主要承載重要信息的保密傳輸。

“京滬干線(xiàn)”建成后，經(jīng)過(guò)了長(cháng)達兩年多的相關(guān)技術(shù)驗證和應用示范以及大量的穩定性測試、安全性測試及相關(guān)標準化研究。結果表明，“京滬干線(xiàn)”可以抵御目前所有已知的竊聽(tīng)攻擊，網(wǎng)絡(luò )的密鑰分發(fā)量可以支持1.2萬(wàn)以上的用戶(hù)同時(shí)使用。

05 “量子加密”啥時(shí)候才能普及?

雖然我國量子通信已經(jīng)投入應用，但是要想實(shí)現大規模的通信還有很多困難。比如：

量子信道傳輸仍有距離限制：遠距離傳輸帶來(lái)的信號消耗—“信號傳著(zhù)傳著(zhù)就沒(méi)了……”。

量子通信衛星的數量還很少：我國還需要發(fā)射更多的量子通信衛星才能形成覆蓋全球的量子通信網(wǎng)絡(luò )。

目前我國科學(xué)家還在量子傳輸領(lǐng)域不斷突破，頻傳捷報。讓我們有理由相信讓量子通信走進(jìn)千家萬(wàn)戶(hù)，雖任重道遠卻不是遙不可及。

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