量子加密，安全之“盾”

　

原标题:《我连量子加密都不懂，你是通讯员。》

我们在网上转账，购物的时候，有没有想过自己的信息是否安全。别担心，突然有一天，有人破解了你的银行卡密码，让你的钱不见了~

所以为了保证我们的信息安全，所有的信息加密算法都在不断升级。

首先，我们来介绍一下传统通信是如何实现信息加密的:

传统的通信加密过程如下:

传统通信加密过程

1.发送方写出明文，通过加密算法和密钥将明文编译成密文。

2.密文被传送给接收者。

3.接收者通过解密算法和密钥将密文翻译成明文。

由此可见，密钥在加密通信过程中非常重要。

以目前保护我们电子钱包的RSA密钥为例如果要破解RSA加密的秘钥，必须用非常暴力的方法，把一个超级大数分解成两个素数的乘积，用我们的超级计算机太湖之光也要几十年才能破解

看到这里有没有高枕无忧的感觉不要掉以轻心！量子计算的时代已经开始

当计算不再是问题，信息安全就成了问题。

如果量子计算机将是刺破现有加密系统的长矛，那我们以后该如何保护自己的钱包和那些羞于见人的小秘密呢我们能不能就这样算了

当然不是！魔法是唯一能打败魔法的东西，量子加密是量子计算机无法攻破的安全盾牌它不能被窃听，不能被破译，是一种无条件安全的通信加密方法

接下来就和大家一起亲近一下吧！

01.什么是量子。

为了不把大家吓跑，我们可以简单的理解为量子是物理学中最小的不可分的基本单位比如光的最小单位是光子，也就是光量子，是量子的一种

02.量子加密和传统加密有什么区别。

刚才我们提到了钥匙在传统交流中的重要作用。量子加密的优势在于它的终极秘密量子密钥！

与目前的普通密钥相比，量子密钥更安全，可靠，不可破译。

简单来说，量子加密通信分为两步。

量子通信加密过程

1.通过量子信道的量子密钥分配量子卫星发送一对完全随机的，只有通信双方知道的量子密钥在这一步中，只生成和分发密钥

2.传统信道中的密文传输利用获得的量子密钥，发送方将信息加密成密文，接收方对接收到的密文进行解密，从而实现通信的完全保密

03.量子密钥就这么靠谱为什么

真的这么靠谱！这种可靠性取决于量子的随机性和不可复制性。

随机性

在量子密钥分发过程中，量子卫星随机发送偏振态不同的光子对。

为了测量量子卫星发出的光子态，作为接收方的通信双方都要建立测量基地对于每一个随机偏振的光子，接收器都要随机放置一次测量基座进行测量

当测量基座接收到每个光子时，要根据以下条件判断接收到的信息是1还是0。

量子卫星的光子偏振态

接收端测量基座的放置状态

那么，卫星发出的光子的偏振态是怎样的呢。

接收端的测量基分为几个状态。

怎么判断收到的信号是0还是1。

末端发出的光子有四种偏振态:90°偏振，0°偏振，45°偏振，135°偏振。

末端光子偏振态

0极化

90°极化

40°极化

15极化

接收端的测量基准有两种状态:正和斜。

接收端—测量基础状态

郑方

倾斜释放

从上图可以看出:

0°偏振和90°偏振的光子只能由正测量底座识别如果遇到倾斜的测量基座，就无法识别

45°偏振和135°偏振的光子只能被倾斜放置的测量底座识别，如果遇到正置的测量底座则无法识别。

如果无法识别呢我们只能靠量子的神奇特性——随机性来认倒霉，进行随机分配

对于无法识别的偏振光子，哪个代表0哪个代表1会随机赋值，这恰恰是对量子密钥超级保密性的最强杀伤。

发射端

接收端

光子偏振态

测量基础状态

测量基础状态

0极化

0或1

90°极化

0或1

40度偏振

0或1

15度偏振

0或1

举个例子，卫星发射机随机发送一系列偏振态不同的光子对，一个给A，一个给b。

为了便于理解，假设量子卫星发送给A和B的随机纠缠量子对的偏振方向如下:

光子极化

情况

接收端A和B采用以下随机测量基进行测量，分别可以获得:

测量基座

情况

0或1

测量基座

情况

0或1

那么A和B保持对应于同一个测量基的信息，我们称之为量子密钥！

所以上例中的量子密钥是001，如下图所示。

最后

键

在这种传统的通信过程中，是不需要担心被窃听的，因为即使窃听，你也只能得到双方相同和不同的测量基，但对于窃听者来说是没用的，除非他能窃听到量子卫星发送给双方的量子信号。

有人可能想问，如果现在还有厉害的人可以窃听量子卫星发送给通信双方的量子信号呢。

答案是绝对不可能！还得说说量子的另一个重要特性~

不可复制性

因为量子是不可复制的，也就是不破坏它的状态就无法复制或测量，所以窃听是可以立刻被检测到的。

值得注意的是，量子卫星分发密钥时，密钥中的每一对量子都处于纠缠状态如果其中一个量子改变，另一个量子的状态也会相应改变

也就是说，如果窃听者想要截获量子密钥，那么就需要测量量子信道中的量子信号根据不可复制性，量子信号在测量过程中会自我改变

进而会导致双方密钥接收方接收到的乱码信号大量增加，从而暴露出自己窃听的存在，可以说是偷鸡不成蚀把米。

此外，每个密钥字符串都是随机生成的。一旦被窃听，通信双方都能立刻察觉，立刻修改密码，这样就实现了100%加密~

04.「量子加密」哪家强。

边肖自豪地说:只有中国拥有世界领先的秘密武器——墨子卫星！墨子量子科学实验卫星是为量子通信而研制的。

目前，量子通信已经开始走向实际应用。

日前，全球首条量子保密通信干线——京沪干线正式开通京沪干线传输距离2000多公里，途经北京，上海等城市，主要承载重要信息的保密传输

京沪干线建成后，经历了两年多的相关技术验证和应用示范，以及大量的稳定性试验，安全性试验和相关标准化研究结果表明，京沪干线可以抵御目前已知的所有窃听攻击，网络密钥的分发可以支持超过12000个用户同时使用

05.「量子加密」何时普及。

虽然量子通信在国内已经投入使用，但是要实现大规模通信还有很多困难。例如:

量子信道传输还是有距离限制的:长距离传输带来的信号消耗——传输后信号丢失

量子通信卫星数量还很少:中国还需要发射更多的量子通信卫星，形成覆盖全球的量子通信网络。

目前，中国科学家仍在量子传输领域不断取得突破，捷报频传让我们有理由相信，任重道远，但并非遥不可及