告訴你，我是一個與眾不同的密碼

先說明一下

本寶寶計算時代的到來，將對你們人類的生活產生極大的影響，在給你們帶來了巨大機遇的同時，也對你們的當前的資訊保安形成了嚴重的威脅，不斷地挑戰你們的資訊保安工作者的智慧。沒錯，本寶寶就是量子。

作為一名性感可愛百變風的寶寶，我可以牢牢地鎖住你們的祕密，因為我可以變成一名與眾不同的密碼。像封面那樣的一串數字的傳統密碼在我眼中實在是太土了，尤其是設定成123456這樣一點技術含量都沒有的密碼，我實在是不忍吐槽了，畢竟我可是洋氣的量子密碼。下面就請聽我量子密碼一本正經嚴肅臉的自我介紹。

注意，我要開始一本正經了

量子密碼學的理論基礎是量子力學，而以往密碼學的理論基礎是數學。與傳統密碼學不同，量子密碼學利用物理學原理保護資訊。首先想到將量子物理用於密碼技術的是美國科學家威斯納。威斯納在“ 海森堡測不準原理”和“ 單量子不可複製定理”的基礎上，逐漸建立了量子密碼的概念。“海森堡測不準原理”是量子力學的基本原理，指在同一時刻以相同精度測定量子的位置與動量是不可能的，只能精確測定兩者之一。“ 單量子不可複製定理”是“ 海森堡測不準原理”的推論，它指在不知道量子狀態的情況下複製單個量子是不可能的，因為要複製單個量子就只能先作測量，而測量必然改變數子的狀態。

威斯納於1970 年提出，可利用單量子不可複製的原理製造不可偽造的“電子鈔票”。由於這個設想的實現需要長時間儲存單量子態， 這是不太現實的，因此，“電子鈔票” 的設想失敗了。但是，單量子態雖然不好儲存卻可以用來傳遞資訊，威斯納的嘗試為研究密碼的科學家們提供了一種新的思路。

量子密碼最基本的原理是“量子糾纏”，即一個特殊的晶體將一個光子割裂成一對糾纏的光子。被愛因斯坦稱為“ 神祕的遠距離活動”的量子糾纏，是指粒子間即使相距遙遠也是相互聯結的。大多數量子密碼通訊利用的都是光子的偏振特性，這一對糾纏的光子一般有兩個不同的偏振方向，就像計算機語言裡的“0”和“1”。根據量子力學原理，光子對中的光子的偏振方向是不確定的，只有當其中一個光子被測量或受到干擾，它才有明確的偏振方向，它代表“0”和“1”完全是隨機的，但一旦它的偏振方向被確定，另外一個光子就被確定為與之相關的偏振方向。當兩端的檢測器使用相同的設定引數時，傳送者和接收者就可以收到相同的偏振資訊，也就是相同的隨機數字串。另外，量子力學認為粒子的基本屬性存在於整個組合狀態中，所以由糾纏光子產生的密碼只有通過傳送器和接收器才能閱讀。竊聽者很容易被檢測到，因為他們在偷走其中一個光子時不可避免地要擾亂整個系統。

當前， 量子密碼研究的核心內容是如何利用量子技術在量子通道上安全可靠地分配金鑰。所謂“ 金鑰”，在傳統的密碼術中就是指只有通訊雙方掌握的隨機數字串。量子金鑰分配的安全性由“ 海森堡測不準原理”及“ 單量子不可複製定理”保證。根據這兩個原理，即使量子密碼不幸被電腦黑客擷取，也因為測量過程中會改變數子狀態，黑客得到的會是毫無意義的資料。

可以這樣描繪科學家們關於我們“ 量子密碼”的設想：由電磁能產生的量子（ 如光子）可以充當為密碼解碼的一次性使用的“鑰匙”。每個量子代表” 位元含量的資訊，量子的極化方式（ 波的運動方向）代表數字化資訊的數碼。量子一般能以四種方式極化，水平的和垂直的，而且互為一組；兩條對角線的，也是互為一組。這樣，每傳送出一串量子，就代表一組數字化資訊。而每次只送出一個量子，就可以有效地排除黑客竊取更多的解密“ 鑰匙”的可能性。

假如現在有一個竊密黑客開始向“ 量子密碼”動手了，我們可以看到這樣一場有趣的遊戲：竊密黑客必須先用接收設施從發射出的一連串量子中吸去一個量子。這時，發射密碼的一方就會發現發射出的量子流出現了空格。於是，竊密黑客為了填補這個空格，不得不再發射一個量子。但是，由於量子密碼是利用量子的極化方式編排密碼的，根據量子力學原理，同時檢測出量子的四種極化方式是完全不可能的，竊密黑客不得不根據自己的猜測隨便填補一個量子，這個量子由於極化方式的不同很快就會被發現。

我就是過來誇誇自己

加密是保障資訊保安的重要手段之一。在現有的各種密碼中，沒有哪種是解不開的。現在常用的標準加密方式是用一串隨機數字對資訊進行編碼。比如，用數字串“5，1，19，20”來加密英文單詞“east”（ 四個數字分別表示單詞中四個字母在英文字母表中的位置）。這種加密方案有一個致命的缺陷：從數學上來講， 只要掌握了恰當的方法，任何密碼都是可以被破譯的。更糟糕的是，這種密碼在被竊聽破解時，不會留下任何痕跡，合法使用者無法察覺，還會繼續使用同一個地址儲存重要資訊，損失就會更大。

現在就是最安全的公鑰密碼系統，一旦遇上量子計算機，就形同虛設。須臾之間量子計算機便能破譯這種金鑰。要是用我們量子金鑰來加密資訊，那就連量子計算機也只能望“密”興嘆了。量子密碼技術是一種截然不同的加密方法，是密碼編制人員追求的最高境界。主要是利用兩種不同狀態的快速光脈衝（光子） 來以無法破譯的密碼傳輸資訊。任何想測算和破譯金鑰的人，都會因改變數子狀態而得到無意義的資訊，而資訊合法接收者也可以從量子態的改變而知道金鑰曾被截獲過。

單量子態有兩個特殊的脾氣，使它能“ 守口如瓶”：一是根據量子不可克隆原理，未知的量子態不能被精確複製，所以人們不能像複製鑰匙一樣複製量子態；二是由於量子不確定性原理，任何試圖對它“ 不軌”的舉動，都會毀壞套在資訊上的量子金鑰“ 信封”，使盜賊自暴形跡。從理論上來說，用量子密碼加密的通訊不可能被竊聽，安全程度極高。

對，我就是想誇自己是最可靠的密碼通訊技術。

原文釋出時間為：2017-12-11
本文作者：流蘇
本文來源：九州量子，如需轉載請聯絡原作者。