1.9　當(dāng)今所有密碼系統(tǒng)都失效了

1.9.1　量子加密的“不破金身”

量子通信由于量子糾纏態(tài)的特性保證了信道內(nèi)容不會被第三方監(jiān)聽，而密碼學(xué)問題是為了保證信息保密，信息完整性驗證，信息發(fā)布的不可抵賴性。量子通信解決了中間人攻擊的問題，但是針對傳統(tǒng)的泄密、業(yè)務(wù)邏輯、軟件本身存在漏洞這些問題是沒有辦法解決的。

1. 不可竊聽量子通信

前面已經(jīng)講了，量子密鑰分發(fā)的過程中，上帝也沒轍了，只好擲骰子決定。拋出單號就走1號口，雙號就走0號口，施行單雙號通行。90°的光子也一樣，得先擲骰子再通行。就像現(xiàn)在汽車單雙號限行。

只要上帝擲骰子，比特傳輸就有可能出錯；只要有出錯的可能，這個比特的傳輸就算失敗。隨后，把傳輸失敗的比特刪掉，只留下傳輸成功的比特。留下的那一串傳輸成功的比特，就是在這次量子通信中隨機產(chǎn)生的密碼。

量子通信傳輸?shù)拿艽a是不可能被竊聽的。因為每次只發(fā)送一個光子，假如誰攔截了光子，小明立刻就會發(fā)現(xiàn)，就可以馬上告訴衛(wèi)星有人竊聽。竊聽者也不可能復(fù)制出一個一模一樣的光子來，因為這會違反“量子不可復(fù)制定理”。這種量子通信傳輸?shù)摹疤茁贰保蠦B84協(xié)議，也許將來上網(wǎng)剁手會用到。物理學(xué)家認(rèn)為，量子通信可以從根本上解決國防、金融、政務(wù)、商業(yè)等領(lǐng)域的信息安全問題。

2. 量子通信具有很強的保密性

量子具有測量的隨機性和不可復(fù)制的特性，幾乎不可能被破譯，以往用微電子技術(shù)為基礎(chǔ)的計算機技術(shù)傳遞信息極易遭遇竊聽。

因為傳統(tǒng)通信的密鑰都是基于非常復(fù)雜的數(shù)學(xué)算法，只要是通過算法加密的，人們就可以通過計算進行破解。而量子通信則可以做到很安全，不被破譯和竊聽，這在數(shù)學(xué)上已經(jīng)獲得了嚴(yán)格的證明。

這種“很安全”是如何實現(xiàn)的？這就要說到在講量子密鑰分發(fā)時提到的量子的另外兩個特性——測量的隨機性和不可復(fù)制。

什么是量子測量的隨機性？

前面已經(jīng)講過，在量子力學(xué)里，光子可以朝著某個方向進行振動，叫作偏振。因為量子疊加，一個光子可以同時處在水平偏振和垂直偏振兩個量子狀態(tài)的疊加態(tài)。這時，如果你拿一個儀器在這兩個方向上進行測量，就會發(fā)現(xiàn)每次測量都只會得到其中一個結(jié)果：要么是水平的，要么是垂直的。測量的結(jié)果完全隨機。

在日常的宏觀世界里，一個物體的速度和位置，一般是可以同時準(zhǔn)確測定的。例如飛機來了，雷達就可以把飛機的速度、位置都準(zhǔn)確測定。

在量子世界，測量會破壞或改變量子的狀態(tài)。如果我們把一個量子的位置測準(zhǔn)了，它的速度就測不準(zhǔn)了。

既然測量量子的狀態(tài)會出現(xiàn)隨機的結(jié)果，那么人們自然也無法對一個不知道其狀態(tài)的量子進行復(fù)制，這就是量子不可復(fù)制的特性。

利用這兩個特性，量子通信也就保證了安全。在量子密碼共享或量子態(tài)傳遞過程中，如果有人竊聽，它的狀態(tài)就會因竊聽（測量）發(fā)生改變，密碼接收的誤碼率會明顯增加，從而引起發(fā)送者和接收者的警覺，而停止該信道的發(fā)送。如果竊聽者一直在這個信道存在，可以換一個沒有發(fā)現(xiàn)竊聽者的信道重新發(fā)送。因為能及時發(fā)現(xiàn)竊聽者，加上量子的不可復(fù)制也使得竊聽者無法采取信息復(fù)制的方法獲得合法用戶的信息，所以，量子通信具有很強的保密性。

1.9.2　走近“顛覆性技術(shù)”——量子通信能否取代傳統(tǒng)通信

量子通信既然這么厲害，那么未來會不會取代傳統(tǒng)通信？

答案是：這是兩種不同的通信形式，量子通信是為了讓傳統(tǒng)的數(shù)字通信變得更安全。

實際上，量子通信的目標(biāo)并不是把傳統(tǒng)的數(shù)字通信取代。例如量子密鑰分發(fā)，它本身是為了讓傳統(tǒng)的數(shù)字通信變得更安全，并不能獨立存在，而量子隱形傳態(tài)則完全取決于量子計算機的發(fā)展。只有未來所有的經(jīng)典計算機都被量子計算機取代了，才完全會用這種通信方式。但問題是，量子計算機和傳統(tǒng)計算機就好比核武器和常規(guī)武器，是不可能完全取代彼此的。未來應(yīng)該是量子通信和傳統(tǒng)通信一起構(gòu)建天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)。

量子通信事關(guān)國家信息和國防安全，這個戰(zhàn)略性領(lǐng)域已經(jīng)成為發(fā)達國家優(yōu)先發(fā)展的信息科技和產(chǎn)業(yè)高地。

美國對量子通信的理論和實驗研究開始較早，并最先將其列入國家戰(zhàn)略。歐盟則著眼于合力構(gòu)建量子互聯(lián)網(wǎng)，2015年發(fā)布《量子宣言》，計劃啟動10億歐元用于推動量子通信和量子技術(shù)的發(fā)展。日本也制定了量子信息技術(shù)長期發(fā)展路線圖。

雖然在全球量子通信競賽中，中國起步并非最早，但是在科學(xué)家們的不懈努力下，目前中國在量子通信領(lǐng)域已經(jīng)實現(xiàn)了“彎道超車”。

中國科技大學(xué)團隊在2007年首次實現(xiàn)安全通信距離超過100km的光纖量子密鑰分發(fā)，2016年又將安全距離提高到400km；2016年中國發(fā)射全球首顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星；2017年世界首條量子保密通信干線——“京滬干線”正式開通，希望到2030年左右，能建成全球化的廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)，并在量子計算領(lǐng)域有所作為。