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专家锋评:对量子通信来说,最重要的是什么?

2019年02月12日 06:03来源:未知手机版

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雷锋网按:8月16日,中国量子卫星“墨子”成功发射,也是世界首颗量子科学实验卫星,让量子通信再次备受关注。量子通信保证信息安全的实质是分发随机密钥,只有收发双方才能看见,任何窃听行为都会被发现。但也正因如此,这种单一的功能实现方式也被质疑存在一定的局限性——大规模的量子通讯网络是不可行的。而量子通信最重要的是什么?是安全还是稳定性?

本文系量子通信从业者、铁流两位作者撰文对上述质疑观点进行反驳(文后附上全文),双方观点不同,雷锋网发出此文的目的不是站队,而是希望在带来专业人士分析的同时能启发读者们对量子通信本身的思考。

通信安全中常说的“窃听”这个词是用得既生动又准确。所谓窃,必须取和不察两者兼有。在通信线路上进行窃听,窃听者一般要具备更强的接收能力,但大家也要注意窃听者要知道线路在哪里。窃听者使通信双方能够保持通信而自己不被发现当然有明显的好处,却并不是他不能破坏通信。可以这么说,窃听比破坏难度要高许多,凡是有能力窃听的,必然有能力破坏。

为了应付搞破坏,现在的网络是路由越来越多,一条路坏了还有另一条路,一个节点坏了网络其余部分还能不瘫痪。同时,由于搞破坏能够被发现,还有及时补救的机会,损失算是可控吧。以XX单位来说,一条光纤断了,瘫痪一个区域的业务,肯定会停顿许多交易,但是好歹还能跟客户保证钱财不受损失;但是窃听如果真的发生了,密码被破译了,那这一条都不好保证了,损失有多大,取决于涉及的账户,也取决于能否及时发现窃听。

密码学家们通过各种手段来保障密码不能被破解,他们对量子通信用途还比较单一的意见也很中肯。但是曹正军先生提出的“通讯的首要目的是稳定性”这个观点一点都没有密码学家的风格。讲一个密码应用部门的自笔者调侃,他们形容自己在通信系统中的作用是“首先保证它不通,然后才有条件地让它通”。至于曹先生说的“信息安全对绝大多数通讯来说不必要”,很抱歉,可能笔者和他不是在讲同一个话题,而且这也没密码学家什么事。

前面说了使用方面的一些态度,下面说说量子密钥分发吧。

量子密钥分发的典型方案中包括单光子状态调制——解调——密钥协商几个过程。

所谓单光子状态调制就是把“0”和“1”编码到光子的某种状态上去;


解调则是通过解调光路和单光子探测器把“0”和“1”读出来;


密钥协商则是把这其中不匹配的解调事例去掉,根据错误率评估这些光子被第三方获取了信息的最大概率并进而用数学手段把风险去除掉。

这个过程其实也没有信号安全什么事,因为信号丢失比例目前高达90%以上,至于协商过程,笔者觉得说抛弃信息比抛弃信号更为准确。

这个过程的安全性基础,除了量子力学的测不准原理,还要注意在具体实现上是由于信息加载在了单个量子上,和经典信息加载在了海量量子(一个光脉冲通常有10E8个光子)上有本质不同。

在窃听过程中,量子密钥分发和经典通信一样会丢失信号(笔者理解曹先生说的信号是指承载信息的光子),只不过量子密钥分发中一旦丢了就没有了,也复制不出来。也正是因为量子密钥分发中信号容易丢失的缘故,BB84的作者才把这个过程用来分发密钥而不是直接传输信息,因为把它作为密钥储存下来再结合加密通信,就还能尽量保持通信的连贯性和稳定性。从这一点可见,传统的分光窃听技术其实根本不会造成量子密钥分发的中断,丢失信号对于量子密钥分发而言并不是个问题,量子通信没有曹先生想象的那么弱不禁风,也并非必须牺牲稳定性来达到保密性。

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