技术前沿：“绝对安全”的量子密码

关注风云之声提升思维层次导读

人们说量子密码具有绝对安全性，意思是指量子密码不可能用数学方法破解，要窃密只能用物理方法攻击设备。在对传统密码的破解中，主要考虑数学破解，是因为用数学就“有可能”破解它们，而不是“只有”用数学才能破解它们。量子密码术和传统密码术的对比，是量子密码术面临的威胁只来自物理，传统密码术面临的威胁来自数学加物理！也就是说，只要量子通信设备是可靠的，那么就绝对不会泄密。

人们说量子密码具有绝对安全性，意思是指量子密码不可能用数学方法破解，要窃密只能用物理方法攻击设备。也就是说，如果设备是可靠的，那么就绝对不会泄密。

传统密码术

密码术的基本目的是为了解决一个问题：如何在不安全的信道上，安全地传输信息？

解决办法是通信双方隐藏一些信息，在不安全的信道上只传送密文，用这些隐藏信息把密文还原成明文。这些隐藏信息就叫作密钥。所有的密码术都包含两个元素：密钥和算法。

谭建荣：数字经济要以数字技术为基础，数字技术中尤其以数字孪生和元宇宙技术为重点:金色财经现场报道，由南京市建邺区人民政府、中国产学研合作促进会、中国移动通信联合会员宇宙产业工作委员会、南京信息工程大学主办的“南京2023元宇宙应用共创大会”上，中国工程院院士、浙江大学教授、南京信息工程大学元宇宙研究院首席科学家谭建荣发表主题为《元宇宙：从“概念”到产业变革的驱动力》的演讲，指出数字化是数字经济的重要基础，数字经济要以数字技术为基础，数字技术中尤其以数字孪生和元宇宙技术为重点，如果把元宇宙技术与人工智能结合起来，就能构建起栩栩如生的数字空间，以虚控实、虚实结合，能够同时拉动数字空间与物理空间的消费。[2023/5/23 15:20:35]

现在的绝大多数加密方法，都是基于某种数学问题的单向困难性。也就是说，一个问题沿着正方向解决很容易，你可以用它来加密，但逆方向就很困难，导致破解很困难。

现在最常用的密码体系——RSA密码体系的三位发明者

报告：2020年是企业区块链和分布式账本技术领域增长的重要一年:美国市场研究公司Forrester最近发布了2021年区块链的预测。该报告指出2020年是企业区块链和分布式账本技术领域增长的重要一年。Forrester的首席分析师、该报告的合著者Martha Bennet表示，该公司对区块链的预测是基于显示明确变化的拐点，而不是趋势的延续。例如，该报告预测，全球30%的项目将在明年投产。这在一定程度上是由于COVID-19大流行的影响。据Bennet称，如今许多基于区块链的系统都有一个共同点，即解决差异所需的时间更短。在某些情况下，这甚至可以是即时的。Bennet指出，这一共同因素适用于供应链用例以及金融服务。（Cointelegraph）[2020/11/7 11:56:10]

为什么许多曾经被认为牢不可破的密码体系，最终都被破解了呢？有一个深刻的原因是，在数学上，任何一个实际在用的问题都没有被证明是单向困难的。实际上，就连单向困难的数学问题是否存在，我们都还不知道。

动态 | 郑州市政府：6月底前运用“互联网+政务服务”和区块链技术打造“郑e登”:近日，郑州市人民政府已正式印发《郑州市不动产登记、交易和缴税“当场办、当天办”工作方案的通知》(郑政文2020号)，对郑州不动产交易和登记工作提出“更高更快更强”的要求。2020年6月底前，市资源规划局负责完成“政银合作”改革有关工作，运用“互联网+政务服务”和区块链技术，打造“郑e登”，推行标准化、一体化，构建系统数据信息直连互通，金融机构信贷系统、房屋抵押合同网签备案系统与不动产登记系统互联融合，业务数据实现共享互用，抵押登记环节嵌入到客户贷款的整个环节中，群众办理贷款业务从申请贷款、抵押登记到放款，全流程无缝衔接，贷款及抵押登记实现“一件事”要求。（大河日报）[2020/2/28]

　　因此，我们应该有个基本的概念：所有基于数学的密码的安全性，都是未经证明的！到目前为止，唯一的已经证明不可能被数学破解的密码就是量子密码。因此，量子密码的价值一目了然。

量子密码术

声音 | 航天信息：已承建天津市疫苗追溯监管平台 应用区块链技术:据上交所消息，航天信息（600271.SH）在回复投资者时表示，航天信息承建了天津市疫苗追溯监管平台，应用大数据和区块链新技术，服务于公众、生产企业和监管部门，是全国首个落实新疫苗法要求、遵循新标准建设的省级疫苗追溯监管平台，贯通药监局、卫健委系统，与国家平台对接，可以实现疫苗从生产、流通到使用各环节的全流程可追溯监管。该系统后续的运营模式公司将会参照相关政府部门的指导意见执行，目前该系统处于建设和试点阶段。[2020/2/25]

量子密码术是怎么实现保密的呢？跟传统密码术一样，也是通过算法和密钥。实际上，量子密码术用的算法还是个特别简单的算法，简单到三言两语就能说清楚。

任何一串信息，都可以表示成一串二进制字符，即一串0和1。对这个01字符串的每一位数字a，我们都给它一个对应的密钥k，这个k也是一个0或1的数字。根据a和k，就可以算出对应的密文b，它也是一个0或1的数字。

声音 | 吉林省政协委员：通过区块链技术深化吉林数字经济建设是一种“弯道超车”的可行之法:据中国新闻网消息，在吉林省两会上，吉林省政协委员郑静钰表示，在发展数字经济尤其是区块链技术方面，吉林和发达国家几乎处在同一个起跑线上。通过区块链技术深化吉林数字经济建设是一种“弯道超车”的可行之法。郑静钰建议，要打造数字经济新增长极，吉林必须积极为区块链企业提供多层次、全方位服务，努力营造更加宽松、友好的发展氛围和环境，以引导更多区块链领域的龙头企业、研究机构落地。[2020/1/14]

对应的规则是：如果k=0，那么b就等于a；如果k=1，那么b就等于0和1中不等于a的那一个。也就是说，k=0就把0变成0，1变成1，而k=1就把0变成1，1变成0。再简单一点说，k=0就不变，k=1就将0和1互换。这个算法叫作“异或”。

你也许会感到奇怪，那么多复杂的算法都保不了密，这个最简单的算法凭什么可以？

诀窍不在于算法，而在于密钥。请注意，这里的密钥不是只有一位数字。如果只有一位数字，那当然完全没有保密效果。实际情况是，对于原文的每一位，都相应地有一位密钥。也就是说，如果原文的长度是n位，那么密钥的长度也是n位。如果原文像《红楼梦》那么长，那么密钥也需要这么长。

《红楼梦》

另外，这串密钥的字符串还必须是个随机的字符串。也就是说，每一位都是随机的0或者1，任意两位数之间，没有任何联系。

此外，这么长的密钥，还只能用一次。也就是说，你这次用n位的密钥传输n位的原文，下次你传同样的内容，还必须从头再来，重新构造n位的密钥，千万不能把原来的密钥再用一次。这叫作“一次一密”。

量子密码术中的密钥就是满足这样3个条件的字符串：长度跟明文相等，随机，一次一密。

为什么要这样做呢？因为这样就绝对不会被数学方法破译。为什么不可能被破译？因为这样的一段密文，可能对应任何的一段跟它等长的明文，而且概率相等。比如说，既可能对应“明天上午向东进攻”，也可能以同样的概率对应“后天下午向西撤退”或“飞出地球移民宇宙”……

对这样没有任何偏向性的密文，数学分析完全无从下手，因为这里根本就没有一个让你解决的数学问题。

长度跟明文相等、随机、一次一密，满足这3个条件的密钥叫作“一次性便笺”。因此，密码学中一个重要的定理就是：用一次性便笺加密的密文，是绝对不可破译的。这条定理是信息论的创始人克劳德·香农证明的。

克劳德·香农

值得注意的是，一次性便笺中的3个条件缺一不可。无论是密钥长度小于明文，还是密钥的各位之间有联系，还是同一串密钥用了两次，都会导致密文呈现某种结构，这样对手就有了着力之处，就可能通过频率分析之类的手段破解密码。

一次性便笺方法早在第一次世界大战的末期就发明了，但很少实际应用。原因是，传送这样大量的密钥非常困难。如果像《红灯记》《潜伏》等谍战片一样，派信使去传密钥，那么一旦信使被抓或叛变，损失将十分巨大。因此，一次性便笺方法只用在不惜任何代价要保证信息安全的地方，例如国家元首之间的通话。

量子密码术改变了这种状况，它的办法是：用量子力学的物理方法，在通信双方之间产生一次性便笺密钥。这里的关键是：双方同时获得了密钥！没有第三者信使在中间传输！

这是非常巧妙的思想，是量子力学创造的奇迹。量子密码术的技术含量，就是表现在这里。量子密钥的产生过程，同时就是分发过程，因此量子密码术又有个专业名称，叫作“量子密钥分发”。

量子密钥分发

那么，量子密码术是怎么实现无信使的密钥分发的呢？一个简略的解释是：量子密码术利用了量子力学中的两个原理，一个是叠加原理，另一个是测量可能导致状态突变。基于这两个原理，通过发射和接收一系列处于随机状态的单光子，来使通信双方获得一串相同的随机字符串。这串随机字符串就是一次性便笺密钥。

量子力学中的叠加

量子力学中的测量

通过一系列操作以后，双方都获得了一串随机的0和1，比如说0010111001001010101……最重要的是，双方的这个字符串完全一样。这就是最终的效果。

有了密钥之后，就用“异或”加密算法，用密钥把明文加密成密文，把密文发送出去。既然密文已经是不可破译的了，这一步就不需要任何特别的设备，直接在传统信道上大摇大摆地走就是了，敌方截获也无妨。

一个常见的误解，是以为最后的信息传送要通过某种量子信道。当他们知道传统信道就行的时候，就感到大惑不解，甚至以为搞量子通信的都是子。

另一个常见的误解，是以为密钥也要通过传统信道传输。这是绝对不可能的，如果要将密钥通过不安全的信道发出去，那就完全失去了保密的意义。任何密码系统都不会愚蠢到这种程度。

总结一下，量子密码术真实的做法是：用量子信道产生密钥，用传统信道传送密文。你也许想问：既然量子信道可以保证不泄密，那为什么不直接用量子信道传输信息，而只是传输密钥呢？因为这种量子力学的操作只能产生随机字符串，随机字符串的信息量是零，所以这种操作本身不能传输信息。因此，这种方法的提出者在很长时间内想不出它有什么用，直到发现这段随机字符串可以作密钥，才让这种方法有了用武之地。

量子密码的攻防

如果需要破解量子密码，又该怎么办呢？基本的框架其实很简单。既然数学方法不可能破译量子密码，那么唯一的途径当然就是物理方法，用各种手段入侵量子通信设备。

在对传统密码的破解中，主要考虑数学破解，是因为用数学就“有可能”破解它们，而不是“只有”用数学才能破解它们。

因此，量子密码术和传统密码术的对比，并不是前者的威胁只来自物理，后者的威胁只来自数学。应该是量子密码术面临的威胁只来自物理，传统密码术面临的威胁来自数学加物理！

量子密码术现在的研究前沿，就是在假定敌方成功地进行了若干种物理攻击的前提下，仍然能够保证信息不泄露。

一个研究前沿叫作“测量仪器无关的量子密钥分发”。这个术语的意思是，即使敌方获取了我们的测量仪器，我们仍然有办法及时发现并中止生成密钥，从而避免泄露信息。这方面的实验验证已经成功，下一步是提高成码率的问题。在这个领域，中国也走在世界前列。

标签：区块链元宇宙BENNET什么叫做区块链技术元宇宙入局需要多少钱BENJI币Radditarium Network

币安下载热门资讯