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量子通信:无法破译的密码

2013-08-23 15:31
小鱼时代
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  ,公元前405年,斯巴达和雅典之间的战争已进入尾声。此时,斯巴达军队捕获了一名从波斯帝国回国的雅典信使,从他身上搜出一条布满杂乱无章的希腊字母的普通腰带。统帅莱桑德无意中把腰带呈螺旋形缠绕在剑鞘上时,奇迹出现了――毫无规律可循的字母竟然组成了一段文字。原来波斯帝国密谋在斯巴达军队发起最后攻击时,对斯巴达军队进行突袭。获悉情报后,斯巴达军队改变了作战计划。

  这就是世界上最早的密码情报。2400多年来,密码在军事、外交、经济等领域得到了广泛的应用,而密码学也得以飞速发展。

  时至今日,“密码”一词已与人们的日常生活密不可分,电子邮箱要设密码,银行取款要按密码,计算机登录要输密码,开启保险箱要用密码……然而,尽管经历了手工加密、机器编码、计算机编码等不断升级的过程,密码变得越来越复杂、越来越可靠,但是“道高一尺魔高一丈”,对于密码的破译从来都和密码的升级如影随形。换句话说,无论什么样的高级密码,都有被破解的可能。

  那么,有没有一种绝对安全可靠,不能被破译的密码存在呢?现代量子信息理论与实验的快速发展使这一切变成可能。

  一般而言,保密通信都可以分为“加密”“接收”“解密”三个过程,发送者将发送内容通过某种加密规则(密钥)转化为密文,接收者在接到密文后采用与加密密钥匹配的解密密钥对密文进行解密,得到传输内容。

  量子保密通信的过程也是相同的,只不过作为加密和解密的密钥不再是传统的密码,而是改用微观粒子携带的量子态信息。这一看似微小的变化,却使密钥的安全性产生了翻天覆地的变化。

  “古人在信封上用火漆封口,这样一旦信件被中途窃取拆开,就会留下泄密的痕迹。”中国科大潘建伟院士打比方说,“量子密钥在量子通信中的作用就像火漆一样,但比火漆更彻底。一旦有人试图打开信件,量子密钥会让信件自毁,并让使用者知晓。这样,窃听者不但窃听不到量子电话的通话内容,还会暴露自己。所以,从原理上说,无论是现在还是将来,无论破译者掌握了多么先进的窃听技术、多强大的破译能力,只要量子力学规律成立,量子保密通信就无法被破解。”

  国际竞争愈加激烈

  1984年,IBM华生实验室工程师本奈特和布拉萨德提出全新的通信协议,叩开量子保密通信的大门。此后,西方发达国家,特别是欧盟、美国和日本均投入了大量人力、物力进行量子通信的理论和实验研究。

  在这一过程中,科学家们克服了重重难关。比如,科学家发现,虽然有了完备的密钥分发协议,但如何产生真正的单个光子,如何减少光子信号在传输过程中受光纤和周围环境的干扰而损耗等问题,始终是量子通信实际应用时的困扰。

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