如果說量子計算機將是刺穿現有加密系統的“矛”，那么以后我們要怎么保護我們的錢包和羞于見人的小秘密呢?難道就只能聽之任之嗎?當然不是!能夠打敗魔法的只有魔法，量子加密就是量子計算機也不可擊破的安全之“盾”。它是一種不可竊聽、不可破譯，是一種無條件安全的通信加密方式。

在我們網上轉賬、網購血拼時候，有想過自己的信息是否安全嗎?擔不擔心突然有一天，有人破解了你的銀行卡密碼，讓你的錢不翼而飛~

【資料圖】

所以為了時刻保證我們的信息安全，所有的信息加密算法都在不停的升級。

首先，我們介紹一下傳統通信是怎么實現信息加密的：

傳統通信加密過程如下：

傳統通信加密過程

發送方寫好明文，并通過加密算法和密鑰將明文編制成密文。密文被傳送到接收方。接收方通過解密算法和密鑰，把密文翻譯還原成明文。

由此可見，在加密通信過程中，“密鑰”是非常重要的。

以目前在保護我們“電子錢包”的RSA密鑰為例，要想破解RSA加密的秘鑰，就要用很暴力的方法將一個超級大的數字(比如有1024位)分解成兩個質數的乘積，用我國的超級計算機“太湖之光”也要破解幾十年。

看到這里是不是覺得“高枕無憂”了呢?不要掉以輕心!量子計算的時代已經拉開序幕，運用量子計算機，別說1024位的密鑰了，破解2048位的密鑰就只需要幾秒鐘!

當計算不再是問題，信息安全就成了問題。

如果說量子計算機將是刺穿現有加密系統的“矛”，那么以后我們要怎么保護我們的錢包和羞于見人的小秘密呢?難道就只能聽之任之嗎?

當然不是!能夠打敗魔法的只有魔法，量子加密就是量子計算機也不可擊破的安全之“盾”。它是一種不可竊聽、不可破譯，是一種無條件安全的通信加密方式。

那么接下來，小編帶著大家一起走近它吧!

01 量子是個啥?

為了不把大家嚇跑，我們可以這樣簡單理解，量子是物理界最小的不可再分的基本單位，比如光的最小單位就是光子即“光量子”，就是一種量子。

02 量子加密與傳統加密有什么區別?

剛才我們提到了傳統通信中“密鑰”的重要作用，量子加密的優勢就在于它的終極秘寶“量子密鑰”!

量子密鑰跟目前的普通密鑰相比，更加安全、可靠、不可破譯。

簡單來說量子加密通信分兩步。

量子通信加密過程

1、通過量子信道進行量子密鑰分發。量子衛星發送一對完全隨機且只有通信雙方知道的量子密鑰，在這一步中，只產生和分發密鑰。

2、通過傳統信道進行密文傳遞。利用獲得的量子密鑰，發送方把信息進行加密變成一段密文，接收方將收到的密文解密，進而實現通信的完全保密。

03 “量子密鑰”如此靠譜?為啥嘞?

真的如此靠譜!如此靠譜正是依靠量子的隨機性和不可復制性。

隨機性

在量子密鑰分發過程中，量子衛星隨機發送不同偏振狀態的成對光子(也可稱為光量子，是一種量子)。

為測量量子衛星發送的光子狀態，作為接收端的通信雙方就要設置測量基，對于每一個發來的隨機偏振狀態的光子，接收端都要隨機擺放一次測量基來進行測量。

當測量基每收到一個光子，就要根據以下條件，來判斷接收到的信息是1還是0。

量子衛星發來的光子偏振狀態接收端測量基的擺放狀態那么，衛星發送的光子偏振分為幾種狀態?接收端的測量基又分為幾種狀態?又是如何判斷接收到的信號是0還是1的呢?

發送端發送光子的偏振狀態有四種：90°偏振、0°偏振、45°偏振、135°偏振。

接收端的測量基的狀態有兩種：正放、斜放。

通過上圖，可以看出：

0°偏振和90°偏振的光子只能被正放的測量基識別，如果遇到斜放的測量基，光子就不能被識別。45°偏振和135°偏振的光子只能被斜放的測量基識別，如果遇到正放的測量基，光子就不能被識別。

那不能被識別咋辦呢?只能“認倒霉”，并依靠量子的“神奇”特性—隨機性進行隨機分配了。

對于不能識別的偏振光子，會隨機分配哪個代表0哪個代表1，這也恰恰為量子密鑰超強保密性的“最強殺招”。

舉一個例子來說明：衛星發送端隨機發送一系列不同偏振狀態的光子對，一組發送給A，一組發送給B。

為了便于理解，假設量子衛星發送給A、B兩地的隨機糾纏量子對偏振方向均如下：

A、B接收端采用如下的隨機測量基進行測量，可以分別得到：

最后，通信兩端的A和B用傳統的通信方式，比如打個電話或者發個微信，溝通交流一下測量基是怎么擺放的“是正著放還是斜著放”。

隨后A和B把相同測量基對應的信息保留，這些保留的信息我們稱之為“量子密鑰”!

因此，上面例子中的“量子密鑰”就是“001”，如下圖所示。

在這個傳統通信過程中根本不用擔心竊聽，因為就算竊聽，也只能得到通信雙方測量基哪些相同哪些不同，但是這對于竊聽者根本“沒有用”，除非他能夠竊聽到量子衛星發往通信雙方的量子信號。

可能有人想問了，如果還是有厲害的人能夠竊聽到量子衛星發往通信雙方的量子信號，咋辦?

答案是“絕對不可能!”這就不得不說一下量子的另一重要特性了~

不可復制性

因為量子具有不可復制性，即不可在不破壞其狀態的情況下，被復制或測量到，因而竊聽會被立刻察覺。

值得注意的是在量子衛星在密鑰分發時，密鑰中每對量子都處于“糾纏”狀態，如果其中一個量子的發生改變，那么另一個量子的狀態也會相應改變。

也就是說，如果竊聽者想要截獲量子密鑰，那么就需要測量量子信道中的量子信號，根據“不可復制性”，量子信號在測量過程中就會改變信號本身。

進而會導致密鑰接收雙方收到的信號亂碼大增，從而暴露了自身竊聽的存在，可以說是“偷雞不成蝕把米”。

另外，每串秘鑰都是隨機產生的，一旦被竊聽，通信雙方馬上可以察覺，馬上換密碼，因此就實現百分百加密啦~

04 “量子加密”哪家強?

小編驕傲的說：只有我國才有世界領先的“秘密武器”——“墨子號”衛星!墨子號量子科學實驗衛星，就是為了量子通信而研發。

目前量子通信已經開始邁向實際應用。

2017年9月29日，世界首條量子保密通信干線——“京滬干線”正式開通?！熬删€”傳輸距離達2000多公里，途徑北京上海等多個城市，主要承載重要信息的保密傳輸。

“京滬干線”建成后，經過了長達兩年多的相關技術驗證和應用示范以及大量的穩定性測試、安全性測試及相關標準化研究。結果表明，“京滬干線”可以抵御目前所有已知的竊聽攻擊，網絡的密鑰分發量可以支持1.2萬以上的用戶同時使用。

05 “量子加密”啥時候才能普及?

雖然我國量子通信已經投入應用，但是要想實現大規模的通信還有很多困難。比如：

量子信道傳輸仍有距離限制：遠距離傳輸帶來的信號消耗—“信號傳著傳著就沒了……”。

量子通信衛星的數量還很少：我國還需要發射更多的量子通信衛星才能形成覆蓋全球的量子通信網絡。

目前我國科學家還在量子傳輸領域不斷突破，頻傳捷報。讓我們有理由相信讓量子通信走進千家萬戶，雖任重道遠卻不是遙不可及。

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