量子通信时代新黑客能力(量子通信真的可以消灭黑客吗?)

　　量子技术在通信领域最重要的应用就是加密，量子密钥分发和量子破译防御技术是未来数据传输技术的核心。

　　量子通信保证了敏感数据传输的安全性。在可预见的未来，量子密钥分发和将成为通信密码学的重要组成部分，甚至有可能建成利用卫星和光纤覆盖全球的保密通信网络。

　　量子通信也可以用于以下用途：传输量子计算机产生的大量数据；产生仿真和游戏使用的大量随机数；构建更可信的数字签名。

　　加密问题

　　每台手机和每个网页浏览器，都内嵌有加密模块。这些模块背后的加密技术是网络社会的基石。这些加密模块用密钥来加密和解密数据。

　　互联网商务通信和其他高安全应用要求通信需要使用公钥和私钥。发送方用公钥加密数据并送出，接收方用私钥解密。目前，公钥加密体制无法在可接受的时间内被黑客破解。

　　公钥密码算法的数学基础，是大素数分解目前没有高效的算法。然而，量子计算机能够轻易破解大素数分解问题，因此目前的加密技术面临重大挑战。

　　量子密钥分发

　　量子密钥分发的基础是量子力学原理，因此未来数学和计算机技术的发展，不可能动摇量子密钥分发的安全性。

　　目前，光纤量子密钥分发的最大距离是100千米，更长的光纤会吸收太多的光子。不过，可以通过量子密钥网络和信任节点来扩大传输距离。未来，随着量子技术的发展，有可能取消信任节点，直接构建完整的量子密钥分发网络。当然，为了保证密钥分发的安全性，还需要其他辅助手段，包括验证发送者和接收者的身份。

　　量子密钥分发的用途

　　用经典方法加密的，以现有的破解能力无法破译的信息，随着量子计算机的发展很可能不堪一击。而用量子加密技术加密的信息，其安全性不受计算能力提升的威胁。一家日本公司已经提供对人体基因测序数据的量子加密服务。

　　随着技术的发展和设备性价比的提高，量子密钥分发可以被整合到现有的光纤网络，为企业、医院和第三方数据中心服务，保护个人信息。量子密钥分发还可以用来保护网络核心节点，防止其被黑客控制。

　　量子密钥分发特别适用于这些领域：

　　● 大机构的财务和客户个人信息保护。多家银行已经开始试用量子加密技术；

　　● 医疗数据，如个人基因数据；

　　● 政府和军方通信；

　　● 核电站和基础通信网等国家基础设施；

　　量子破译防御

　　量子破译防御技术是指能够防御量子计算机破解的加密技术。

　　政府、学术机构和工业界正在研发具有量子破译防御功能的加密算法。目前已经有一种被称为网格加密的加密算法推出。谷歌正在Chrome浏览器中测试另一种称为环容错学习的加密算法。

　　所有的量子破译防御加密算法都有各自的优缺点，一般需要在密钥大小和加密速度上做出折中。

　　美国国家标准与技术研究院和欧洲电信标准化研究院正在对各种量子破译防御加密算法进行对比和测试，以建立标准。目前各界对各个应用领域各自适用什么加密算法还没有一致意见。

　　无疑，量子密钥分发和量子破译防御技术是未来数据传输安全的核心技术。未来的高可靠性通信网可以同时采用这两种技术达到最高的安全性。

　　量子通信的未来

　　除了加密，量子通信技术还有以下的热门应用：

　　? 量子签名

　　加密本身不能保证原始信息没有在加密之前被篡改，而量子签名技术可以比现有的数字签名技术提供更高的安全性。

　　? 地理位置标签

　　基于量子通信的地理位置标识技术正在发展中。

　　? 分布式量子计算

　　量子通信网络可以将许多量子处理器互联，执行海量计算任务。

　　? 随机数产生器

　　加密、数值仿真和游戏都需要大量的随机数，而随机数的质量在这些应用中非常重要。目前经典计算机产生的随机数都是伪随机数，其中的周期性规律会降低密码的安全性。

　　量子物理过程从本质上是不可预测的，因此可以产生真随机数。更具体地说，一个光子打在半反射镜面上时，到底是透射过去还是被反射回来是不可预测的，因此可以构建1比特的量子随机数。目前的技术可以在1秒内产生几十亿比特的二进制量子随机数，并且价格不高。云计算、身份认证、无线和光纤通信系统、网络游戏、彩票和股市预测系统都可以使用量子随机数产生技术。

　　? 从量子点对点通信到量子通信网络

　　目前的量子密钥分发网络基本上都是点对点网络。

　　为了构建大规模的量子密钥分发网络，目前必须使用可信节点，这些节点承担了密钥交换的功能。英国的剑桥大学、布里斯托尔大学、伦敦大学学院、国家物理实验室和英国广播公司在阿达斯楚公园的研发中心已经组成了这样一个密钥交换网络。欧盟也公布了在欧洲主要城市之间建立量子分发网络的计划。

　　理论上，黑客可以攻破可信节点，因此最佳的安全解决方案是取消可信节点，建立完全基于量子纠缠的密钥分发网络。这样，信息就不可能被除了发送者和接收者之外的任何第三者看到。

　　在技术上，允许相距遥远的发送者和接收者之间共享量子纠缠的量子中继器已经在研发中。

　　当然，基于量子纠缠，还可以构建另外一种被对测量器件不敏感的量子密钥分发方法，这种方法能避免传统量子密钥分发方法的一个漏洞：黑客把自己的光子注入信道，从而劫持信息传输过程。传统量子密钥分发方法也可以避免这个漏洞，但是测量器件不敏感的方法可以通过去除带来薄弱环节的收发器件来彻底封杀这个漏洞。

　　此外，为大规模量子网络服务的量子路由器也在研发中。

　　人造卫星对于大规模量子网络的信息同步非常重要。2016年8月中国发射的“墨子”号量子通信实验卫星成功进行了量子纠缠态的分发实验。传统量子密钥分发方法需要卫星自身是一个可信的节点。但是，对测量器件不敏感的量子密钥分发方法可以去除这个限制，对卫星的可信性不加约束。

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