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安全未来“密码学”将进入量子时代

更新日期:[2007-11-15 19:26:57]

  密码一直以来是网民畅游网络时不可或缺的内容,其密码的强弱直接关系到个人帐号信息的安全,小到QQ、MSN、EMAIL大到网络银行、股票帐户信息,无时于财产相结合,有人说,如果想要一个复杂的密码保证安全,那么就是采用十三位以上利用数字,英文及特殊字符的无相排列产生难记忆型顺序,以达安全,但对于黑客流行的今天,这一切仿佛都不再安全。

  密码的延伸

  早期的密码出现在无计算机时代的古希腊斯巴达人身上,其互好种族间在传递文字信息时,将一根羊皮带以螺旋状绕在一根木棍上,然后将文字以旋转多少度来改写下一行的方式进行粗细旋转加密,当对方接到该文字信息时,只能依据相同粗细的棍子配合相应的旋转角度,方能看懂全文,否则将是一堆杂乱无章的文字。

  后来人类开始使用数学计算方法,利用复杂的数字串对其所要发送的信息进行加密。直到计算机的出现开始破解其数学密码,而密码的加密方式也因此呈显出了多元性,如今的本地加密方式有:硬件加密与软件加密,而在软件加密中又分为:MD5加密、ASP加密与自编加密。但如果信息在网络中传输时被恶意用户窃听或中途拦截时,其安全就可想而知了。由于这些密码都具备可破译性,使得其安全系数一直保持在风险接近中。

  在现有的各种以数学理论为基础的密码中,没有哪种是解不开的,现在常用的标准加密方式是用一串随机数字对信息进行编码,此种加密被恶意用户窃听时,不会留下任何痕迹,使得合法用户无法察觉,而恶意用户只要掌握了恰当的方法,其任何密码都可以被破译成明文。随着计算机技术的发展在使密码术更复杂的同时,也降低了破译密码的难度。那么到底什么样的传输加密方式才是最安全的呢?在量子理论支配的世界里,这一切将会完全改变。

  量子密码学

  其实早在几年前,各国的科研人员就开始了寻找物理学上的坚固密码,以保信息安全。随着网络的提升,近年来虽然光纤以成为传软资料的通道,但其还可以通过光束来传递资料,然而资料的传输安全性都存在一定的风险,那么也因此形成了一门学问,量子密码学(QuantumCryptography)。由于单量子是不可复制的,其安全性自然是至高的。如果要对其进行复制就首先要对其进行测量,而一但进行测量,那么将会对其量子形态造成改变,合法的通信双方则可由此而察觉到有人在窃听。而这一效应,使从未见过面且事先没有共享秘密信息的通信双方建立起通信密钥,然后再采用 Shannon 即可确保双方的秘密不泄漏。 从而使得量子密码可达到两点功效:

  一、合法的通信双方可察觉潜在的窃听者并采取相应的措施。

  二、使窃听者无法破解量子密码,无论其当前的破解技术是多么的精湛。

  也就是说:当恶意用户利用一套精心设计的设备来偷窥量子系统状态时,所能看到的只是量子系统改变后的状态,而在此之前的状态则是无法推知的。 如果利用量子系统的这种特性来传递密钥,那么窃听者的一举一动都将被量子系统的合法用户所察觉,而且窃听者也不可能获得真正的密钥数据。 无论多么聪明的窃听者,在破译密码时都会留下痕迹,无疑,这是一种真正安全的密码。

   量子密码学原理

  量子密码学最基本的原理是[量子纠缠],即利用一个特殊的晶体将一个光子割裂成一对纠缠的光子,其粒子间即使相距遥远也是相互联结的,而此对纠缠光子都有着各自不同的偏振方向,是无法确定的,只有当光子被测量或受到干扰,它才有明确的偏振方向,一但其中一个光子的方向被确定,那么另一个光子就被确定为与之相关的偏振方向。也就是说:当网络中传输信息时,发送方和接收方都使用相同的参数来执行信息加密处理时,则可见相同的偏振信息。目前在多数量子密码学通讯中,都是利用光子的偏振特性,由纠缠光子产生的密码只有通过发送器和接收器才能阅读,一但其中某个光子被检测或丢失时,那么双方将立即发现有人在窃听,从而避免信息外泄。

  根据[海森堡测不准原理]及[单量子不可复制定理]的保证,这给如何在量子通道中分配安全密钥,即通讯双方所掌握的随机数字串,提供了有力的支持。此点说明了恶意用户在不知道量子状态的情况下复制单个量子是不可能的,因为要复制单个量子就只能先作测量,而测量必然改变量子的状态。根据这两个原理,即使量子密码不幸被恶意用户所撷取,也会因为测量而改变量子状态,将使所得数据变得毫无意义。如果恶意用户利用高超的手法从合法用户发射端拖出一个量子时,必需要在所缺量子空格中填入一个量子,但此量子会由于极化方式的不同很快被合法用户所发现。如果用户在量子通讯中,每次只发送一个量子时,那么恶意用户只能望数兴叹了。

  第一应用案例

  瑞士的安全技术人员宣称研发了一个新的"牢不可破"的加密方法,其主要用于瑞士全国大选的公民选票保障。此种加密系统即利用了量子加密技术,一但信息在途中被恶意用户窃听、拦截,那么传送者将立即发现其恶意行为,而位于传输中的数据将会消失。由于此方技术是由日内瓦大学研发完成,又被称为[日内瓦安全防线],是目前首个用于公共用途的量子密码学研究成果。

  量子密码学未来

  目前量子密码学基本上处于实验阶段,虽然能在当纤中进行量子密码传送,但由于光子密钥在光纤中传输时消耗快,使得长距离间的通信成为要被攻克的难点,如今在实验中的量子密码最大传输距离不足100公里。如果在此过种中利用光子的相位特性进行编码,那么对光的偏振态要求不那么严谨,而一但使用偏振编码,那么将会使得光子的偏振性退化。另外,目前由于接受加密量子流的单量子装置必须在低温冷却的状态下,才能保证传递加密量子的速度,这也是需要解决的问题。如果在未来时代将量子密码引进互联网,那么网民将会在网络通道中捕捉到属于自身的独立光子密码,而不在安装独立通道。

  近日,[科学与中国]院士专家巡讲团中国科大报告会在中科大大礼堂举行,郭光灿院士表示,量子密码将让再高明的“黑客”也只能望而兴叹,虽然我国在在量子密码、量子因特网等方面的研究已经达到国际水平,某些方面还处于领先地位,但其研究可能还需要 15年至20年的时间才能逐渐发展成熟。


 
 
 

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