量子加密sim卡技術原理是什麼?

2020-12-01 我的心情愉悅

前面加了個量子,似乎就變得神秘而且高大上。其實這個就是一個加密的更加安全的通訊SIM卡而已。特別之處就是使用了所謂的量子密鑰分發技術而已。其他的和普通手機沒任何區別。

1、什麼是量子加密SIM卡

所謂的量子加密SIM卡就是由國盾量子、中國電信與紫光國微三家共同推廣的安全加密SIM卡而已。它的特點有三個;

集成存儲:傳統SIM卡裡面的空間非常小,只有幾十到幾百K的空間。而新型的所謂量子加密SIM卡裡面加了SD存儲空間,容量達到幾G,甚至幾十G。為了方便我們備份手機數據。這個和量子概念沒有半毛錢關係。

存儲加密:將數據存儲到SIM卡集成的空間時,它採用了所謂金融級的安全算法。簡單一點講就是集成了國密晶片,支持國密算法。這裡和量子概念也沒多大關係。

通信加密:這裡就是疊加量子概念的地方,量子加密SIM卡裡面的通信加密採用了所謂的量子密鑰分發的技術來加密通信過程。於是該SIM卡就叫量子加密SIM卡了。

從上面看,這個SIM卡所謂的量子技術其實就是量子密鑰分發技術了,下面我們詳細看看。

2、量子密鑰分發技術

目前,市面上和「量子通訊」相關的基本都是基於量子力學測量原理的BB84協議的各種擴展版本,該方法就是利用光子的偏振態作為信息載體來傳遞密鑰,基本的工作原理如下:

①、技術原理。我們要分發密鑰首先要對物理狀態進行編碼,我們傳統電路中是對高電位定義為1,低電位定義為0。而在量子密鑰分發,則是利用光子的四個偏振方向和用濾色片觀測結果來編碼。

上下偏振和左右偏振的兩類光子定義為一種狀態,我們暫且叫它傾垂直十字態;傾斜45度和135度偏振的兩類光子是另外一種狀態,我們暫且叫它傾斜斜十字態;發送方用濾色片對光量子按照需要發送一串編碼(密鑰),把光量子的四種狀態約對應好0和1;接收方則隨機用濾色片去觀測接收到的光量子,當用了正確的濾色片就能觀察到正確的量子態,如果用了錯誤的濾色片,則可能觀測不到也可能觀測到不確定的狀態。

接受方接受完後,將濾色片的順序和觀測結果通過傳統網絡告知發送方。發送方通過比對自己的濾色片順序就知道那幾組是對的。然後告知接收方那幾次使用了正確的濾色片。這幾次正確序列的狀態組合在一起就是一個共享密鑰。

從原理看似乎很複雜,可能比較難理解。我們可以簡單理解這就是一個隨機數的生成。相比計算機模擬生成的偽隨機數,這個是物理狀態生成的隨機碼。可以說是非常隨機的,作為隨機因子輸入到國密算法進行加密,相對來說很難破解。

②、技術特點。這種量子物理狀態的觀測,每次觀測結果都不一樣。黑客想中途截取是非常困難的,因為黑客如果在中間觀測,量子狀態已經發生改變,接收方觀測的結果和黑客觀測的結果以及發送方發送的序列會產生對不上。發送方對比會發現有人竊聽。所以,號稱無法竊聽,而且每傳輸一次,更換一次密碼。這就讓黑客更難下手。所以,運營商才敢稱這個是量子加密。總結起來有三大特點:

隨機數是基於量子物理狀態觀測的結果,絕對隨機而且無法被中間竊聽;一次一密,又大大提高了安全等級;依然依賴傳統光傳輸網絡,傳輸速度不會加快,只是更安全。

3、基於量子「隱形傳態」的技術根本沒有

上面的量子應用只能算是加密算法的升級。真正的量子通訊應該是基於量子的「隱形傳態」來進行超光速傳輸。隱形傳態也就是兩個糾纏量子的狀態關聯關係可以瞬間改變。比如:1對處於糾纏態的量子(A和B),它們始終是一體。當量子A處於1狀態,B就處於0狀態。好比一個硬幣的正方面。科學界真正想實現的是通過某種技術讓量子A發生狀態改變,這樣在遙遠地方的量子B就瞬間改變了狀態。這聽起來很不錯,但實現起來比登天還難。因為量子糾纏有如下難題未解決:

糾纏的量子是一個疊加態:不觀測的時候,它有無數個狀態。觀測的時候它才會立即塌縮成一個確定狀態。那我們怎麼來讓觀測結果固定呢?目前只能讓其中一個量子A受到另外一個量子C的幹擾,使得量子A塌縮到了另外一個狀態。而另一端的量子B就會立即跟著塌縮成一個固定的狀態。可是問題來了,當量子A和量子C作用後,量子A就不再與量子B糾纏了,已經坍縮了,後續沒法傳輸了。

我們無法確定觀測到量子B的狀態是A和C作用後的最後狀態,因為你在觀測量子糾纏態時,也會影響量子A。因為量子糾纏是超距離超光速傳輸,你很可能在觀測量子B的時候,因為你的觀察,量子B反過來影響了量子A。這真是科學界一件頭疼的事。

所以,真正基於量子「隱形傳態」的量子通訊,目前根本還沒有!只存在於科學家的意識之中。

總結

總之,量子加密SIM卡的技術原理只是利用了光量子的偏振狀態來生成物理狀態的絕對隨機數,而且秘鑰分發過程,中間無法被竊聽,竊聽就不會被發現。同時採用了國密加密晶片和國密算法來進行通訊的SIM卡。它需要對應手機和APP支持。它的最大好處是安全保密提升到了更高。而真正基於量子「隱形傳態」的通訊目前還只存在於科學家的意識中。

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