为什么说外国无法破解中国量子密钥技术?

时间:2022-04-13 00:51

本文摘要:日前,美国网络安全技术供应商赛门铁克认为,一个取名为神行客(Strider)的黑客小组,过去5年间对中国、俄罗斯等国进行网络间谍式反击,该黑客小组技术手段先进设备,赛门铁克猜测小组有国家背景的团队提供支援。 那么,中国有提高本国信息安全的法宝呢?事实上,今天升空的量子通信卫星和在年底竣工的量子通信干线能有效地提高中国的信息安全水平中国在8月16日升空的全球首颗量子实验卫星,迈进量子通信网络建设的第一步。

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日前,美国网络安全技术供应商赛门铁克认为,一个取名为神行客(Strider)的黑客小组,过去5年间对中国、俄罗斯等国进行网络间谍式反击,该黑客小组技术手段先进设备,赛门铁克猜测小组有国家背景的团队提供支援。  那么,中国有提高本国信息安全的法宝呢?事实上,今天升空的量子通信卫星和在年底竣工的量子通信干线能有效地提高中国的信息安全水平中国在8月16日升空的全球首颗量子实验卫星,迈进量子通信网络建设的第一步。

到今年年底,京沪干线项目将不会竣工,竣工一条相连北京、济南、合肥、上海等城域网络且全长2000多公里的量子保密通信线路,将沦为全球首个也是距离更远的广域光纤量子保密通信骨干线路。更加关键的是,这条干线需要几乎确保通信安全,即便国外技术手段再行先进设备,也无法密码中国的量子密钥分配技术。  量子密钥分配利用单量子不能克隆定理来构建密钥仓储的意味著安全性。

不能克隆定理(No-CloningTheorem)是海森堡测不许原理的假设,它是指量子力学中对给定一个不得而知的量子态展开完全相同的拷贝的过程是不能构建的,因为拷贝的前提是测量,而测量一般不会转变该量子的状态。  图1为量子密钥分配的原理示意图,图1左图中的小黄球代表单个光子,黑色箭头代表光子的偏振方向,左边蓝色人是信息发送到方,而绿色人是接管方。发送双方都手执偏振滤色片,发送到方有四种有所不同的滤色片,分别为上下、左右偏振(第一组)、上左下右、上右下左偏振(第3两组)4种滤色片,发送到方把有所不同的滤色片遮于光子源前,就可分别获得4种有所不同偏振的光子,分别用来代表0和1。请注意,每个代码对应于两种有所不同的光子偏振状态,它们出自于两组有所不同偏振滤色片(图1中的左下角,它和一般来说光通信的编码不尽相同)。

接管方就只有两种偏振滤色片,上下左右开缝的+字式和斜交开缝的字式。由于接管方无法预见抵达的每个光子的偏振状态,他不能随机挑选出两种偏振滤色片的一种。接管方如果用于了+字滤色片,上下或左右偏振的光子可以维持原量子状态成功通过(闻图中上面的第一自由选择,接管方用了准确的滤色片),而上左下右、上右下左偏振的光子在通过时量子状态转变,变为上下或左右偏振且状态不确认(闻图1中第四自由选择,用了错误的滤色片)。乘坐方如果用于字滤色片情况正好忽略,闻图1中第2自由选择(错误)和第3自由选择(准确)。

    图1量子密钥分配技术原理转身  图1右图第1竖排是发送到方用于的有所不同偏振滤色片,从左至右将9个有所不同偏振状态的光子随时间先后逐一发送给下面绿色接管方,这些光子所列第2分列。接管方随机用于+字或字偏振滤色片将送的光子一一过滤器,闻第3分列,接管到的9个光子的状态表明在第4分列。  这里是密钥(key)产生的关键步骤:接管方通过公开信道(电子邮件或电话)把自己用于的偏振滤色片的序列告诉发送到方,发送到方把接管方滤色片的序列与自己用于的序列一一对照,然后告诉接管方哪几次用了准确的滤色片(图2,打勾的1,4,5,7,9)。

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对应于这些用了准确滤色片后接管到的光子状态的代码是:00110,发送量双方回应都心知肚明、毫无疑义,这两组代码就是它们两人分享的密钥。  为什么第三者不有可能求救这个密钥?假设窃密者在公开信道上获知了乘坐方用于的偏振滤色片序列,也告诉了发送到方的证实信息(图2,打勾的1,4,5,7,9),但是窃密者依旧无法证实密钥序列。譬如对第一列,窃密者告诉接管方用的是十字滤色片,而且发送到方证实是对的,但这有可能对应于上下或左右偏振的两种有所不同的光子,它们分别代表1或0,除了发送到和接管双方都确切告诉,窃密者是无法证实的。

窃密者真要证实的话,也要在中途放入偏振滤色片来仔细观察,但它又无法事前告诉应当用于十还是滤色片,一旦用于错误滤色片,光子状态转变,窃密的不道德立刻曝露。再行以第一列光子为事例,如果窃密者在接收端前放入滤色片,光子偏振状态有可能转变成上右下左的斜偏振,接管方仍用于十滤色片,获得左右偏振光子,经证实后此位变为1。

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结果通信双方的密钥在第一位不完全一致,这种错误经过奇偶校验比对非常容易找到和缺失。一般来说的作法是通信双方互相交换很长的光子序列,获得证实的密钥后分段用于奇偶校验比对,错误段被指出是技术误差或已被中间监听,则整段不予移除,留给的序列就是意味著可信的分享密钥。有适当认为本文仅有不作基本原理的讲解,工程构建中的细节仍然赘述。量子密钥分配方法除了BB84协议外还有E91协议。

    图2量子密钥分配技术工程转身  量子密钥分配技术中的密钥的每一位是依赖单个光子传输的,单个光子的量子不道德使得窃密者企图求救并拷贝光子的状态而不被察觉到沦为不有可能。而普通光通信中每个脉冲包括千千万万个光子,其中单个光子的量子不道德被群体的统计资料不道德所水淹,窃密者在海量光子流中撷取部分部光子根本无法被通信两端用户所察觉到,因而传输的密钥是不安全性的,用不安全性密钥加密后的数据资料一定也是不安全性的。量子密钥分配技术的关键是产生、传输和检测具备多种偏振态的单个光子流,特种的偏振滤色片,单光子感应器和超低温环境使得这种技术沦为有可能。

  量子密钥分配光纤网络上传输的是单个光子序列,所以数据传输速度相比之下高于普通光纤通信网络,它无法用来传输大量的数据文件和图片,它是专门用来传输平面密码体制中的密钥,当通信双方互相交换并证实分享了意味著安全性的密钥后,再行用此密钥对大量数据加密后在不安全性的高速网络上传输。  量子通信这个词更容易使人误会,到目前为止,实质上量子通信所指的就是量子密钥分配技术。

量子密钥分配光纤虽然是短距离网络,但每秒种传输上千位的密钥没任何问题,通信双方有确保安全的几百位宽的密钥,而且分分秒秒可以随时替换密钥,通信安全就有了十分可信的确保。量子密钥分配技术的基础是物理而不是数学。面临信息安全危机,量子密钥分配技术当作了救世主的角色,它为信息科学的更进一步发展筑成了扎实的基础。


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