量子級加密

㈠ 量子加密:或許是人類的終極加密法quantum encryption

上節 講了量子計算機的原理，這節我們來講第七代加密法—— 量子加密 。

和其他加密法最大的不同是，其他加密法的原理只使用了數學，而它不但使用了數學，還使用了物理中的量子理論。

也許正是因為背後有兩大靠山，所以它是目前為止最強的加密法，就算是量子計算機也很可能無法破解。

量子加密既然是數學和物理結合的產物，那麼我們先說說數學原理的部分。

其實你不會陌生，數學原理就是單次鑰匙簿密碼法。

如果你還記得，這種加密法無法破解的前提是，要求鑰匙完全隨機，而這個要求又是幾乎不可能在現實中應用的。因為本來真正的隨機數就很難獲取，退一萬步說，就算有了真正的隨機數列，傳送鑰匙的環節也沒法保證完全安全。

最保險的方法只能是雙方帶著一堆保鏢，當面交換鑰匙簿，還得保證保鏢里沒有特工。

而量子加密的無法破解，不僅是理論上無法破解，而且實施過程中還能抵禦住絕大部分特工類型的破解。

聽著很完美，只不過設備製造的環節困難極大。

我們先來說，量子加密是怎樣做保密通信的數學過程吧。

第一步：愛麗絲給鮑勃傳送一串光子，其中每一位光信息都用0和1來標注。具體什麼算0，什麼算1，是有兩套測量方法——甲套和乙套。這兩種不同的測量方法，對同一個信號的測量結果是不同的。

第二步：鮑勃收到光信息後開始測量，就測量每個光信息位到底是0還是1。不過鮑勃並不知道愛麗絲那邊說的0或者1，到底是按甲方法測的還是乙方法測的。但沒關系，鮑勃對每個光信號都隨意選用一套方法來測出每個光信號到底是0還是1，就可以了。

所以鮑勃有的時候測出來的結果，肯定是跟愛麗絲發出來的約定相符的，可有的時候測出來的結果又是不符的。不過這都沒關系，測完了再說。

第三步：畢竟鮑勃有一部分是測錯的，所以這時候兩個人必須打一個電話。這個電話完全不用保密，誰想竊聽都可以。

愛麗絲和鮑勃在電話里都說什麼呢？就是針對每個信號，到底使用了哪套測量方法。這通電話里就是按照順位，依次說出測量的方法。第1個信號是用甲方法測的還是乙方法測的，第2個順位用了甲還是乙，第3個順位用了甲方法還是乙方法……所有這些測量方法，由愛麗絲告訴鮑勃。

第四步：鮑勃聽完愛麗絲的這通電話之後，就對照剛剛自己瞎蒙著測的結果，也要回復愛麗絲。回復的具體內容就是，自己哪幾位的測量方法蒙對了。

對鮑勃來說，自己之前測錯的那些不管，把測對的那幾位挑出來，這串數字就可以作為他的鑰匙。

對愛麗絲來說，因為鮑勃告訴了她哪幾位他選對了測量方法，所以愛麗絲也可以把鮑勃選對的那串數字也挑出來。

這個時候兩人挑出來的那串數字是完全相等的，而因為完全相等，所以就可以作為兩人的鑰匙了。它既是鮑勃的鑰匙，也是愛麗絲的鑰匙。

整個過程中，鑰匙並沒有在額外的步驟中單獨傳輸。他們在電話里說一說，自己分別回去數一數，就能得到同樣的鑰匙。

之所以鑰匙一樣，也是數學原理上保證的，咱們不用糾結於數學原理的細節。

既然沒有單獨的鑰匙傳送環節，所以特工就很難下手。

另外，因為鮑勃和愛麗絲都是隨機瞎蒙著選用甲套或乙套這兩種測量方式的，所以兩個人恰巧都用了同一種方法的序列挑出來的東西，也是隨機序列，也就是說鑰匙是完全隨機的。

到這里，鑰匙既不用額外的傳輸，而且本身又是完全隨機的，這下就滿足了單次鑰匙簿加密法，並且改進了傳送鑰匙的薄弱環節。所以，實際操作時可行性就高了很多。

就算中間有伊芙竊聽了他們的那通電話，伊芙也沒法判斷到底哪幾位應該挑出來當鑰匙，因為她不知道鮑勃那邊針對每個光子位測量的結果是什麼。

現在，還有一種竊聽途徑——比如說伊芙知道竊聽電話沒用，那就乾脆直接竊聽光纜上的信息。這樣怎麼辦呢？

這也不用擔心。

首先，光纜上的信息本來就是單次鑰匙簿加密的，就算在使用過程中不遵守隨機的原則，暴露了一些特徵，也不用擔心。因為在量子通信中，還會增加一個確認環節，來判斷光路上有沒有人竊聽。

這是怎麼實現的呢？其實就是我們前面說的物理特性。

因為人對光的測量會改變光原有的量子態，伊芙竊聽光纜，其實就相當於在雙縫干涉實驗時，在兩道縫前又添加了兩個探測器，這時候幕布上明暗條紋就會不見了。

也就是說，愛麗絲和鮑勃只要發現幕布上的圖案變了，就知道有人在竊聽了。只要發現有人竊聽，他們就切換到其他線路上，那條被竊聽的線路就廢掉了。這是量子加密又一個新功能。

在真實的應用下，伊芙竊聽會導致鮑勃收到的信息有錯誤。但怎麼知道有錯呢？

其實他跟愛麗絲打個電話，核對一下解碼出來的原文就可以了。

那你說，核對原文那不就整個都泄密了嗎？不怕的。

只需要隨機從鮑勃收到的消息中，挑選幾個字母核對一下是否一致就可以了。只要有一個不對，就說明這條光纜上有特工竊聽。

核對的量大概占原文的多少呢？有這么一個數字可以參考。

假如從1075個字元里隨意挑出75個，如果這75個都是一樣的話，基本就能保證這條信息是安全的。

為什麼說基本呢？

因為還存在很小很小的概率是它被竊聽了。但因為這75個雙方都是一致的，所以竊聽的概率就大概小於一萬億分之一，所以還是非常可信的。

第一次真實的量子加密系統，是1988年在IBM的實驗室做出來的。

它的甲套乙套測量方法，是使用光的偏振方向來呈現量子態。用上下偏振代表甲套測量方法，用左右偏振代表乙種測量方法。當時兩台計算機只相隔30cm，通信成功了。

理論和實踐同時勝利，之後的改進主要就體現在兩台計算機的通信距離上。

1995年，日內瓦大學可以做到相聚23公里完成量子加密通信。

2012年的時候，咱們國家潘建偉團隊把這個數字推進到了一百公里這個級別。現在這個團隊正在嘗試用空間軌道上的衛星和地面接收站間，實現量子加密信息的傳輸，距離就已經摸到千公里的級別。

只不過實驗中符合條件的光量子態數量實在太少，只有幾個到十幾個數位，遠遠不能承載信息的正文，所以到目前為止，量子加密只適合給鑰匙加密。

如果你要問，量子加密是不是已經在實際使用了？

很有可能是。據說白宮和五角大樓已經安裝了量子通信系統，並且已經投入使用。如果美國可以這樣做，世界其他發達國家，包括中國的那些機要部門，很可能也已經部署了量子加密。

但是在加密解密的技術細節講解上，我們不得不以量子加密的原理，作為這個模塊的結尾了。

因為密碼學這個學科天生和其他學科不同——

我們能從公開渠道獲取的相關信息，一定是這個行業最頂尖的人允許我們看到的。很多技術細節，很多故事今天都還在保密機構中鎖著，需要等上30年後《保密法》約定的期限過了，才能公之於眾。

所以，就在我們談論量子加密和量子計算機時，說不定已經有很多新進展，有很多堅固的密碼已經被破解，很多國家的情報機構正在偷著樂，也有很多做出突出貢獻的人卻註定要被埋沒。

這一切都需要時間和機遇，讓他們今後出現在密碼學的歷史舞台上。

如果你要問量子加密的不可破解，是不是在重復上千年來那些加密解密的故事呢？會不會幾百年之後，技術發展到我們現代人無法理解的地步的時候，量子加密也會被破解呢？

我的答案是——大概率說破解不了。這一天，可能永遠也等不到。

因為如果量子加密能被破解，就說明在量子理論中，出現了一種對量子態測量後還不改變數子態的方法，而這是違反量子力學基本原理的。

量子力學是物理學的基礎理論，雖說只要是理論，就一定有被證偽的那一天，但這種證偽更可能是一種改進。

就像我們先知道地球是個球體，然後才知道赤道方向的直徑比南北極方向的直徑多了120多公里，也就是說它不是完美的圓球，而是一個橢球體，只不過橢得實在太微弱了，肉眼都看不出來。就是這樣一種程度的證偽，而不是某一天突然發現地球是正四面體的那種程度的證偽。

這種黑白顛倒的證偽，在量子力學基礎理論上是永遠不可能發生的。

量子力學的基本理論，是從1905年到今天，被無數實驗拷打、錘煉活下來的。如果量子加密可以破解，就說明目前所有量子力學結論都是錯的。

這種錯的劇烈程度，就好像突然某一天發現地球是正四面體那樣。如果真的是這樣，整個物理學都得重寫。

我相信這一天永遠不會到來

㈡ 世界第一的中國量子糾纏加密，為何不可能被竊聽

2020年6月15日，《自然》雜志發表了我國科研團隊，用“墨子號”量子科學實驗衛星，成功實現千公里級別的，糾纏態量子密鑰分發的相關研究成果。

該項成果，意味著量子糾纏加密通信，這一“絕對無法被竊聽”的技術，又被我國“修煉”的更加精進了。

那麼量子糾纏，是怎樣確保己方信息絕對安全的？

量子糾纏加密的成功，歸根結底，還是因為量子態的坍塌，畢竟在現有的理論體系中，量子態就是最敏感的狀態，只要存在觀察者，量子態就能馬上做出反應。

在堪稱《三體》前傳的《球狀閃電》結尾，人類曾在廢棄的地下礦井中，進行過“沒有人類觀察者”的量子力學實驗，但量子態依舊坍塌了，書中給出的結果是“存在非人類的觀察者”，而不少科幻迷都認為，這個“非人類觀察者”，就是三體文明派來的智子。

總體而言

量子力學作為目前微觀世界的扛把子理論，在科學和科幻上都有很大的“戲份”，而且今天的各類晶元，本質上也都是以量子力學理論為基礎的，就像人造衛星以相對論為基礎一樣。

在可以預見的未來，量子力學的蓬勃發展，以及關於它的各項應用，必將再次改變人類世界，就像曾經的世界，被計算機和晶元技術改變一樣。

㈢ 量子加密通信的安全性將會更高嗎

據報道，日前有專家表示，傳統加密技術使用密鑰：發送方使用一個密鑰對信息進行編碼，接收方使用另一個密鑰對信息進行解碼，但這樣的密鑰有可能被泄露，從而不可避免地遭到竊聽，而量子加密通信：安全性更高。

量子通信還可能應用於虛擬貨幣防偽和量子指紋鑒定等等。未來，量子網路將連接分布式量子感測器，用於全球的地震監測。而在5年—10年內，有望開發出可靠的光子源及相關技術，實現遠距離量子信息傳輸，並推動量子處理器之間數據共享協議的相關理論研究。

希望量子通信可以快速發展並應用到生活中！

㈣ 什麼是量子加密

量子
密
碼
術是密碼術與量子力學結合的產物，它
利用了系統所具有的量子性質。美國科學家威斯納於
1970年提出首先想到將量子物理用於密碼術，1984
年，貝內特和布拉薩德提出了第一個量子密碼術方案，
稱為BB84方案。1992年，貝內特又提出一種更簡單，
但效率減半的方案，即B92方案。量子密碼術並不用
於傳輸密文，而是用於建立、傳輸密碼本。
量子
密
碼
系統基於如下基本原理:量子互補原理
(或稱量子不確定原理)，量子不可克隆和不可擦除原
理，從而保證了量子密碼系統的不可破譯性。
量子
互
補
原理。Heisenberg測不準(不確定性)關
系表明，兩個算符不對易的力學量不可能同時確定。
因此，對一量子系統的兩個非對易的力學量進行測量，
那麼測不準關系決定了它們的漲落不可能同時為零，
在一個量子態中，如果一個力學量的取值完全確定
(漲落為零)，那麼與其不對易的力學量的取值就完全
不能確定。這樣，對一個量子系統施行某種測量必然
對系統產生干擾，而且測量得到的只能是測量前系統
狀態的不完整信息。因此任何對量子系統相干信道的
竊聽，都會導致不可避免的干擾，從而馬上被通訊的合
法用戶所發現;互補性的存在，可以使我們對信息進行
共扼編碼，從而保證保密通訊模式。
量子
不
可
克隆定理。量子力學的線性特性決定了
不可能對一個未知量子態進行精確復制。量子不可克
隆定理保證了通過精確地復制密鑰來進行密碼分析的
經典物理方法，對基於單光子技術的量子密碼系統完
全無效。
單個
量
子
的不可完全擦除定理。量子相乾性不允
許對信息的載體一量子態任意地施行象存儲在經典信
息載體上的0,1經典信息進行地復制和任意的擦除，
量子態只可以轉移，但不會擦除(湮滅)。
PS:不好意思,我也不是太懂.剛學這東西,如果有興趣的話,以後可以討論一下...