新型量子加密技术有望击碎“棱镜”

2013-08-06 admin1

上周在有关于莫斯科的新闻中,最热门的话题依然是围绕着美国的“泄密者”斯诺登,他目前正寻求在俄罗斯临时避难。与此同时,在这座城市的另一边,尼古拉斯吉新博士上周宣布,他找到了能够防止类似美国国家安全局(National Security Agency)的机构再次窥探公民隐私的办法。以后的数据加密法将无法攻破、无懈可击。

吉新是一名瑞士量子物理学家,他在探索和研究原子和光子等微观物理问题上走在世界前列。(光子是光的基本粒子。)早在2001年,吉新就与其他人共同创办了一家名叫ID Quantique 的公司,希望借此把他在量子物理世界里发现的各种奇特现象应用到商业世界中。当年量子学界基本上还处理在纯理论阶段,在实践上基本还处于空白,更多地只是在实验室里进行研究,而不是应用于真实世界。但是在过去十年里,量子技术已经大大地成熟起来,而且已经可以给现实世界带来很多实际的好处,其中就包括ID Quantique公司目前提供给各大银行和政府的数据加密技术——这也是一种几乎不可能被攻破的加密技术。

吉新说:“这种新技术听起来似乎像是一种量子物理学的魔法,不过它当然不是魔法,只是一种非常现代化的科学技术。”不过与经典的通讯和加密方法相比,它的确具有某种“魔力”。经典密码学通常依赖某种数学算法,随机生成解密密钥,使信息发送者最终发送出一条加密信息,然后接收者可以通过解密密钥将信息还原。如果有某个第三方(在数据安全界的术语里称之为“敌方”)获取了密钥的拷贝,那么它就可以获取这份信息的拷贝,然后破译它——或者也可以凭借足够的时间和强大的计算能力,利用强大的算法攻破解密密钥。(据说美国国家安全局和世界上其他情报机构都是这样做的。)但是吉新的量子加密技术利用了量子物理学的某些奇特现象,可以使传送中的密钥无法被人拷贝,也无法被偷走和破解,除非发送者主动丢弃了这个密钥。

ID Quantique公司的量子加密法使用的最主要的量子物理学原理叫“量子纠缠”。它在这种情况下是指两颗单独的光子被置于一个相关联的状态下。根据量子物理规则,这两颗纠缠的光子会无可避免地产生相互影响,如果其中一颗光子的状态被改变了,就必然会影响另一颗的状态,不管这两颗光子的位置是远在天边还是近在眼前,甚至是分别在地球的两端。发送者将其中一颗光子发送给接收者,那么发送者和接收者就各拥有了一颗光子。这些光子没有编入任何有用的信息——需要传递的信息还是通过常见的经典加密术加密,但是解密密钥通过一个随机数字生成器生成。(真正的随机数字生成器代表了由量子物理学派生的另一项技术——这个稍后再说)。

如果敌方要想截获这个含有密钥信息的光子,就必须在正确的时刻出现在发送者和接收者之间,但即便做到这一点,他也不能窃取到任何有用的信息。因为根据量子物理学,任何试图干预传输中的量子的行为,都会改变仍然在发送者手中的另一颗纠缠量子的状态,从而可以向发送者发出警报。这时发送者可以简单地丢弃掉被拦截的密钥,然后重新生成一个。

量子加密术的理念已经不是什么新生事物了,但是它刚刚开始真正应用于实验室以外的现实世界。ID Quantique的客户包括不少政府和金融机构,但它无权泄露这些客户的名字。另外这家公司还在网络游戏行业找到了一个市场,因为很多网游网站要依赖于ID Quantique的基于量子物理原理的随机数字生成器,以确保他们的游戏平台不被其它电脑程序攻破。(基于计算机算法的随机数字生成器虽然也很先进,但是它们并不是“俄罗斯赌盘”那样真正的随机,而是由于其本质决定了它不可避免地会产生某种模式,从而被其它计算机程序探测到。)ID Quantique公司的这些技术来自物理学家们所说的量子物理学的“第二次革命”,这家公司也是第一个把新一代的量子技术商业化的公司。上一次量子物理学的革命发生在几十年前,以激光等技术的诞生为代表。不过那次革命的主要成绩是让人们能够操纵多个量子,而不是单个单子。当然,“第二次革命”也绝对不是量子物理学的最后一次革命。

上周,在莫斯科的俄罗斯量子中心举办的第二次国际量子技术年会上,来自全球各地的专家学者发表了关于好几种量子技术的论文和演讲。这些技术在几年前还仅仅处于理论状态,但是现在已经得到了飞速的发展,已经被很多人了解,缩短了它们走向实用化和商业化的道路。

以物理学和材料科学业务为核心的风投基金QWave Capital的执行股东、核物理学家谢尔盖.库兹曼在会上接受《财富》杂志(Fortune)采访时预测,未来三至五年,全世界会开始见证根据量子物理学的最新进展研发出来的专门的传感器和设备,它们将大大超越现有技术的能力。他还说:“如今,量子物理学面临的问题已经只是工艺的问题。”他说这是一件好事,意味着在许多情况下,基础的科学认知和设计已经普遍存在,使很多量子技术已经发展到一个能够在超级计算、高分辨率传感器、医疗诊段等高科技领域里实现商业应用的阶段。

量子通讯和加密领域的工艺和产品化阶段已经悄然展开了——尽管来自现有数据安全技术领域的限制和阻力难免会导致这项技术展开得比较缓慢。吉新表示,目前的大部分数据安全性专家都来自数学界,因此对于量子通讯这样一项对很多人来说难以直观掌握的技术,他们通常都抱着谨慎的态度。另外有一些限制也是客观存在的,目前一颗单独的光子在保证不丢失或损失的前提下,只能在光纤内传输60英里,因此这也是现有的量子加密技术在距离上所能达到的上限。

现在,ID Quantique公司正在与美国的非盈利研究开发机构巴特雷研究中心(Bettelle)一道,开发所谓的“量子中继器”,它相当于是量子在传输链条中的一个驿站。但同时也有一些企业和政府机构需要在较短的距离内实现信息交换的超安全性,也就是信息的“零被盗”。 ID Quantique公司接下来也将继续这些企业和政府机构合作。另外,这家公司目前还正在与几家有意采用量子加密技术的政府机构展开磋商。眼下,斯诺登事件闹得沸沸洋洋,这些政府机构未雨绸缪,肯定不会有人感到惊讶。

吉新说:“安全专家们并没有从斯诺登案中汲取任何教训。很明显,监控通过互联网传递的信息非常容易。对于斯诺登的泄密,没有哪个安全性专家能假装很惊讶。我并不是一个国家级的安全性专家,但我不认为美国是唯一这样做的国家——俄罗斯在这样做,中国也在这样做,大家都在监视别人,从前和以后也都一样。要想领先其他人,现在有一种方法是使用量子加密技术,因为美国和其他国家情报机关所使用的程序肯定无法追踪到它。”

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