撰文 |姬扬(中国科学院半导体研究所研究员)
最近几年,我国在量子通讯领域取得了一些重要进展,但也出现了一些争议,我来简单谈一谈都是怎么回事 。
量子通讯是保密通讯的一种 。 通讯泛指一切传递信息的活动,包括谈话、写信、打电话等 。 下面以打电话为例 。
张三和李四说话,如果不担心别人听到,那么轻言细语也好,大声吆喝也罢,都无所谓的,怎么方便就怎么来 。 这就是一般的通讯 。
张三和李四想说些秘密的事情,不想让其他人听见,那就要想些办法,否则被王麻子知道了,他就会来捣乱 。 王麻子这个人特别讨厌,千方百计地就是要偷听张三和李四的通话,而且还不能让他俩知道自己掌握了他们通话的内容,否则就不好捣乱了,而且有可能被张三和李四设个套路,把自己忽悠到沟里去 。 这就是保密通讯 。
为了实现保密通讯,张三和李四最好的方法,当然是压根不让王麻子知道他们在说话 。 这是保密通讯的最高境界,如果能做到这一点,张三和李四想怎么说就怎么说,想说什么就说什么,无所谓了 。
但是,王麻子已经盯上他们很久了,很难甩掉的 。 张三和李四想要谈论秘密的事情,不让王麻子知道他们说的内容是什么,就只有两种方法了 。
一种方法是保证王麻子听不懂他们说的话,他可以听到,但是听不懂 。 比如说,张三和李四都是温州人,说着一口流利的温州话,那么东北长大的王麻子肯定就抓瞎了 。 但是,如果王麻子的小弟王八蛋也懂温州话,这个方法肯定不能使了,张三和李四就要换用他们在爪哇国学会的鸟语了 。 这就是经典保密通讯,用密码把信息加密,让偷听者听了也白听 。 至于说具体的加密方法,那就有很多种了,现在的大多数方法都是基于数论的,最著名的就是“公共密钥加密”方法 。
另一种方法是保证王麻子听不到他们说的话,如果他来偷听,就立刻报警 。 张三和李四只要知道有人在偷听,就把刚才说的话全部作废,咱们重新来过 。 俗话说“隔墙有耳”,这种方法以前是做不到的,但是随着量子理论的发展,现在可以做到了,这就是量子保密通讯,一旦有人偷听,这里立刻报警 。 至于说具体的加密方法,也不止一种,最著名的就是基于“BB84协议”的单光子通讯 。
总结一下,保密通讯有两大类,经典方法和量子方法 。 经典方法赌的是你听了也白听,反正你解不了密,不知道我们说的是什么,所以完全可以用大喇叭吆喝;量子方法赌的是我们有个绝对安全的沟通渠道,只要有人偷听,我们立刻就知道,然后采取措施恢复安全,而且被偷听的内容也都作废了 。 具体的实现方式有很多种,虽然并不是很复杂,但也不是三言两语就可以讲清楚的——这方面的科普文章很多了,我就省点力气吧 。
经典方法主要依赖于数学,量子方法偏重于物理,但都是服务于共同的革命目标——我们张三和李四说些体己话,你王麻子就不要来捣乱了 。 最近几年,我国在量子保密通讯方面有很多进展,京沪干线啦、墨子号卫星啦,形势一片大好,但是同时也出现了一些争议,到底是为什么呢?真的是“卫星上天、红旗落地”吗?
其实争议一直存在,只是现在更加公开化了 。 争议大致是这样的:
经典派认为,数学方法已经足够好了,如果有必要的话,我们还可以进一步提高保密的能力 。 比如说,只要简单地增加密码的长度,就可以轻松地击败越来越强大的破解能力 。 物理方法太脆弱,我随便捣捣乱,你刚才说的话就得作废,让你食言而肥、活活噎死你 。 而且数学方法可以用大喇叭喊,通话双方在哪里讲话都无所谓,而物理方法依赖于绝对安全的信道,通话双方必须老老实实地呆在固定的位置 。
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