關於量子加密手機,三星可能和你想得不一樣

來源：腦極體

" 遇事不決，量子力學 "，已經是一個網絡常用的吐槽梗了。

所以當量子與手機、隱私、三星等詞彙聯繫到一起的時候，就有種學霸突然做起了傳銷的違和感。

最近有不少媒體傳出，三星將在 5 月推出全球首款量子加密智慧型手機 "GALAXY Quantum"。

我們都知道，量子計算是一個偉大的概念，無論是影視作品中的時空穿越，還是現實中的 " 量子霸權 "，實現難度、巨大成本都決定了它十分 " 高冷 "，距離大眾生活也比較遙遠。甚至如果有打著 " 量子 " 旗號的民用，直接判定為騙子，大概率都不會誤傷。現在三星要將量子力學發放到人手一部的手機上？

是三星背著全行業偷偷補了課，還是事情本身別有玄機呢？

量子加密，可能三星和你想的不一樣

從三星對外公布的細節來看，所謂的量子加密手機，實現方式就是在三星 Galaxy A71 5G 手機上，搭載由本地運營商 SK 電訊開發的量子隨機數生成晶片 ( QRNG ) 。

這也並不是什麼新技術。早在 2017 年，韓國 SK 電訊就對外推出了這款晶片，即採用量子密鑰分配 ( QKD ) 技術的新型光纖中繼器。這款晶片可以通過測量光量子態得到的隨機數來加密信息。因為具有隨機性，也就基本上阻斷了被黑客破譯密碼的可能。

但 QRNG 的工作機制並不是按照量子力學原理，基於非常高的計算速度來生成完全不可預知的隨機序列，也只有這樣才能提升密碼系統安全的破解難度。

而所謂的量子隨機數生成器 QRNG ，其實就是 RNG 的一種。也就是依靠計算機模擬，基於算法生成偽隨機數，或是從經典物理噪聲（如熱噪聲，電噪聲等）中提取隨機數。然後利用隨機數生成，來加密網際網路上傳輸的數據。

RNG 的風險就是，由於隨機數是根據算法生成的，所以一旦黑客找到了所使用的算法，就很有可能讓用戶隱私暴露在危險之下。

三星的量子加密手機解決方案，就是利用 CMOS 圖像傳感器捕獲的光源散粒噪聲產生隨機序列，說白了還是經典 RNG 的思路。

當然，QRNG 晶片能夠在智慧型手機上搭載，也算是不小的進步。因為早在 2017 年，QRNG 晶片的體積，相對智慧型手機而言也都比較大，並且價格也在數百到數千美元。比如 SKT 量子技術實驗室此前推出的超小型 QRNG 晶片，也有 5*5 釐米，更適合應用在軍事、IoT 等設備上。

所以，說三星這款手機的 " 量子 " 是假的，不太準確，因為 SK 電訊確實擁有量子加密技術；但要說是真 " 量子 "，顯然跟大眾對於量子計算的期待還相去甚遠。

走下神壇之後，量子手機還有多遠？

儘管三星打了一個非常容易被戳破的擦邊球，但還是引發了不少網友的好奇。量子手機，距離普羅大眾到底還有多遠？

量子計算的能力不必多說了，去年穀歌宣布的 " 量子霸權 "，就讓量子系統用約 200 秒完成傳統超級計算機要花 1 萬年才能完成的任務。這讓很多人開始擔心，量子時代的到來會不會衝垮現在數字網絡的所有密碼體系。

不過每一道烏雲都鑲有銀邊，量子計算同時也為人類提供了一種絕對安全的保密通訊方式——量子加密通信，以保證量子計算機時代，密碼依然能夠被安全地保存。

某種程度上，量子加密（以及延伸的量子通訊），可以說是量子計算本身最接地氣的應用了。

平易近人到什麼程度呢？在最近的 " 新基建 " 戰略方案中，量子通信工程已經不被奉為神祗了。因為利用量子技術傳遞密鑰（信息本身仍通過光纖來傳送）的量子加密通信，已經有不少成熟的技術方案，並且產業鏈日益狀態，一些地方已經開始試建網絡了。

比如 " 墨子號 " 科學實驗衛星的發射，就使我國在世界上首次實現衛星和地面之間的量子通信。" 京滬幹線 " 城際量子通信網絡，也已經建成，全程 2000 多公裡。而早在 2012 年，合肥城域量子通信試驗示範網正式建成。這樣城域、城際、地空覆蓋的量子通信網絡，其實早在大眾不經意間與我們生活在同一片天地中。

那麼，阻礙 " 真 · 量子加密通訊 " 飛入尋常百姓家的原因是什麼呢？

一是晶片。儘管量子通信走下了神壇，但真正的量子晶片（而非 QRNG）依然是高嶺之花。去年穀歌、微軟就為此打出了 " 狗腦袋 "。你方唱罷我登場，互相爭奪 " 量子霸權 "，搶發更高量子比特的計算晶片。

而這種集成了大量量子邏輯單元的晶片，由於能力強大，甚至突破傳統計算機的算力極限。所以一方面能力不夠泛化，往往只能做幾種特定運算，並不符合人們對移動智能千變萬化的應用訴求。這樣的量子晶片，自然也距離個人消費電子很遙遠了。

二是可用性。真正量子加密的實現邏輯是，基於二極體雷射器隨機發射光子的量子隨機數發生器，將這些波導集成到晶片上，與電子設備和探測器一起以極高的速度運行，將光信號轉換成信息。

由於量子密鑰是通過測量光量子態得到的結果，所以狀態也是隨機的。攻擊者即使截取了量子信號，想要根據結果重新製備一個量子發送給接收方，都會改變單量子狀態，不可避免地導致偏差，自然也就無法破解。

但光子發射卻很難控制，溫度高點、低點，甚至諧振器發生震動，都會影響它們的動作。絕大多數量子發射器必須保持在絕對零度，也就是 -273 ℃，運行條件需要隔音、隔熱、隔電磁 ……

2018 年《自然》雜誌刊登了一篇論文，史蒂文斯技術學院和哥倫比亞大學的研究人員，發明了一種可以生長完美晶體的技術，以打造可以在 -70 ℃ 環境中工作的量子發射器陣列。然而除了愛斯基摩人，可能沒有人願意在 -70 攝氏度玩手機吧？

三是安全性。也許有人會說，既然實現真正意義上的 " 量子手機 " 還很遙遠，那通過量子隨機數生成器 QRNG 來模擬量子計算，實現 " 量子手機 " 也是可以被接受的。但 " 退而求其次 " 的結果就是，這種加密方式並非萬無一失。

和經典隨機數一樣，QRNG 晶片也存在器件不完美的問題，從而導致信息洩露。比如黑客可以針對發射端——光源，或接收端——探測器發起攻擊。一般為了避免此類攻擊，科研類和商用類量子加密系統都會引入光隔離器這一標準器件。但對於智慧型手機來說，顯然還沒有相關隱憂的處理準備。

從上述角度來看，" 量子手機 " 距離走進大眾視角，還山高水遠。

產業更迭正當時：量子加密的真實打開方式

儘管量子加密目前還不能廣泛應用到手機當中（三星這種擦邊球不算哦），但在某些特定領域的商用價值，已經開始顯現出來。比較清晰的幾個布局和應用場景如下：

1. 雲端辦公的安全防禦。視頻會議軟體 zoom 的 " 隱私爆雷 "，也讓大眾開始關注遠程辦公趨勢下的信息安全，尤其國內視頻會議系統的使用者大多以大中型企業、黨政機關、組織機構為主，對視頻會議產品的保密性和安全性提出了更高的要求。

此時，能否藉助雲計算提供實用化的量子加密通信，可能成為雲服務商有效拉開競爭身位的關鍵。

2. 智慧產業的數據安全。金融、醫療以及軍事等領域對數據安全的重視程度，也讓傳統加密技術顯得力不從心。與此同時，這些機構也更願意為加密技術砸下重金。比如東芝就宣布在今年九月份，將其加密技術應用在美國金融及醫療機構。中國合肥的新一代政務雲體系中，也將構建獨立的量子通訊傳輸通道，對重要業務系統傳輸運用量子加密技術。可以想見，不遠的未來，量子加密伴隨著通信網絡的逐步提升，也會成為為大眾信息保駕護航的基礎。

3. 海量物聯的安全長板。5G 的到來，也讓泛在的物聯網設備開始暴增，Business Insider Intelligence 預測：" 到 2023 年，消費者、公司和政府將在全球安裝 400 億個 IoT 設備。"

與此同時，傳統加密方法很難支撐智能終端設備的信息安全需求。所以，使用量子加密來幫助保護 IoT 中的通信，可能是快速增長的物聯網連接的解決方案。

可以想見，量子加密對現有商業場景的絕對重構，其價值不低於雲計算。而它最先觸摸大眾生活的途徑，一定不是手機。