量子通信 (3) | 未來科技

2021-01-14 予健說

這兩個數的乘積嗎?


在RSA的應用下,當你網購時,瀏覽器用公開下載的公鑰把你的付款信息加密發送給伺服器,伺服器用沒人知道的私鑰解密信息,從而保證他人不會知道你的付款信息。


但無論上面那個用來嚇人的數字到底有多少位 ( 232 位),隨著人類發明機器的算力越來越強,量子計算機算得越來越快,凡是能用窮舉法解決的問題,終究都不會是問題。


為此,資訊理論的祖師爺:克勞德.艾爾伍德.香農 (Claude Elwood Shannon),那個提出了香農定理的男人,在數學上嚴格證明了:不知道密碼就絕對無法破解的安全系統,是存在的。


這種絕對安全的密碼出人意料的簡單——只需符合以下 3 個條件:


一次一密:每傳一條信息都用不同的密鑰加密,斷了敵人截獲一本密碼本後,一勞永逸的妄想;


隨機密鑰:生成的密鑰是完全隨機的,不可預測,不可重現,破解者更不可能猜出規律,隨機生成所有密鑰;


明密等長:密鑰長度至少要和明文(傳輸的內容)一樣長,破解者窮舉所有密鑰,相當於窮舉所有可能的明文。(畢竟誰要是有本事通過窮舉猜出明文,還費那功夫破解密鑰幹嗎?)


一直以來,這幾乎是不可能的。每發一次信息就要更新密鑰,但通信雙方又不能天天見面接頭,否則還要加密通信幹什麼?不然如果我能輕鬆地把這麼長的密鑰安全、頻繁地發送給對方,為什麼不乾脆發送明文呢?這樣豈不是多此一舉?


直到,「量子通信」出現了。為了減少誤解,與其叫它「量子通信」,不如叫它「量子秘鑰」。


拿最簡單的孿生粒子的量子糾纏來舉個例子:


一次一密:因為量子糾纏的「超距作用」,每次更新「秘鑰」對方都能立刻收到,從而使一次一密成為可能且方便。


隨機密鑰:伺服器生成一對孿生粒子 A 和 B,分別發送給通信雙方。注意,A、B 被觀測後的自旋狀態是完全隨機的,不要說敵人,就連自己人都看不出規律來!。


明密等長:要發送的「正正反反」是明文編碼,量子通信隨機產生的「反正反正」相當於密鑰,微信發送的糾錯碼「錯對對錯」是加密後的傳送內容。此時,正文、密鑰、糾錯碼,三者的長度完全相同。


此時,破解的可能性,不是萬分之一,也不是億萬分之一,就是 0。


所以,所謂的「量子通信」其實仍是用傳統的方式傳遞信息,而是用量子技術進行加密。其本質並不是通信技術,而是加密技術。


當我給你發一份絕密文件,我就觀察一組糾纏的量子,根據量子隨機產生的自旋態加密後通過傳統的方式給你發送加密後的明碼。


接收到明碼後,你可以通過觀察另一組相對的量子自旋態來確定暗碼,進行解密。


整個過程並沒有使通信速率變快或變高效。


講到這裡,我鬆了一口氣,至少我不用擔心「量子通信」會搶「水下光通信」的飯碗了,畢竟這是個加密技術,而非通信技術。


「量子秘鑰」其實就是「密碼本」的製作和傳遞,當「量子秘鑰」和傳統通信結合起來後,我們才能叫它「量子通信」。


當所有的密碼都可以秒破時,只有「量子通信」可以做到無條件安全。


未來,已來。


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