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为什么量子通信无法窃听?
日期:2018-08-16 】【打印 关闭

        2016年8月16日,我国发射世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”。说起量子通信,你可知道为什么量子通信无法窃听?

  每个国家、公司等组织都有大量的机密,特别在战争时期,情报的泄漏会影响战争的胜负,有关千万人的性命,所以通信技术中的密码学占有重要地位。在当今网络通信突飞猛进的时代,信息安全问题成了连广大普通民众都非常关注的焦点。一部密码学的发展历史,充满了加密者和窃密者之间永无休止的斗争。

  尽管在几千年之前就有了密码的雏形,但密码学作为一门真正意义上的科学,是从1948年香农发表《通信的数学原理》开始的,并影响了整个数字时代的通信技术。

  在通信保密和窃听的斗争中,量子力学能扮演哪些角色呢?这可以从保密者和窃听者两个角度来分析。从窃听者一方来看,量子现象中由于叠加态和纠缠态的存在,为计算提供了经典计算机无法比拟的量子平行处理的超强能力。因而便有可能在短时间内进行大素数分解的运算,从而破解目前经典计算技术无法破解的加密算法。

  从保密者的角度来看,量子力学将彻底地改变密码学,改变甚至终止保密和窃听之间原来看起来永无休止的游戏。因为根据量子力学的规则,量子密码是不可窃听、不可破解的!量子理论似乎是提供了一种绝对安全的密码通信系统。具体地说,在经典通信中,窃听者如果要窃听密码,他首先是将密码抄写下来,再想办法进行解码。然而,在量子通道中,抄写量子态是不可能的,因为对量子态的任何测量都会产生影响,从而导致量子态的塌缩,原来的量子态就不复存在了。也就是说,测量将会留下痕迹,通信的双方能立即觉察到窃听者的存在而终止通信。所以量子力学原理完全保证了量子通信的安全性。

  比如,发送方向接收方发送一系列随机的、准备作为密钥的量子态,接收方随机地对这些量子态进行测量。然后,双方由经典通道交换信息,检测接收方测量的误码率,从而认可最终的密钥。如果有一个窃听者进行了窃听操作的话,便会破坏发送方原来的量子态,使接收方接受的误码率大大增加,双方就能够发现窃听者的存在,立即采取必要的措施。比如,换另一条量子通道,重新传送另一套新密钥。因此,对量子通信的窃听几乎不可能成功。

(转载自:科普中国网  作者:张天蓉)

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