光纤弯曲窃听示意图
(通过弯曲光纤,外泄部分光信号,进行窃听)
所以,传递的信息,必须经过加密,才能保证安全。而加密使用的密钥,非常关键。
当年二战,就是因为美军破解了日军的密钥,结果将山本五十六的座机击落。英军也是因为借助图灵的帮助,破解了德军的密钥,最终获得战争优势。
关于密钥,最初人们使用的是密码本,后来是密码机,再后来就是RSA等加密算法。
加密算法出现时,因为人和机器的算力有限,所以破解一个算法很慢,难度很大,时间很长。
现在,有了计算机、超级计算机,算力越来越强大,破解算法的速度也越来越快——
RSA512算法在1999年就被破解;RSA768在2009年被破解;MD5和SHA-1两大密算也已告破……
在这种情况下,没有任何密钥是绝对安全的。再复杂的算法,破解起来只是时间和资源的问题。
那么,究竟怎么样才能实现真正的绝对安全?
信息论创始人,通信科学的鼻祖,伟大的克劳德·香农先生,总结提出了“无条件安全”的条件:
密钥真随机且“只使用一次”
与明文等长且按位进行二进制与或操作
这样的方法,理论上是不可破译的,香农对它进行了严格的理论证明。
但它也有缺点,就是需要大量的密钥,而密钥的更新和分配存在漏洞(存在被窃听的可能性)!
所以,不解决密钥分发的问题,就不可能实现无条件安全。这也导致了在香农发布了这一成果之后,根本没有人能够使用这种方式。
而量子密钥分发,就是为了解决这个问题!
▋ 3.2 量子密钥分发的工作原理
注意,前方高能预警!请务必跟上小编的思路!
1984年,IBM公司的研究人员Bennett和蒙特利尔大学的学者Brassard在印度召开的一个国际学术会议上提交了一篇论文《量子密码学:公钥分发和拋币》(Quantum cryptography:Public key distribution and coin tossing)。
他们提出了BB84协议。该协议把密码以密钥的形式分配给信息的收发双方,因此也称作“量子密钥分发”。
具体的原理如下:
因为光子有两个独立的偏振方向,而且相互垂直。
所以,单光子源每次生成的单个光子,可以是这样:
我们可以简单选取“水平垂直”或“对角”的测量方式(我们称之为测量基),对单光子源产生的单光子进行测量。
当测量基和光子偏振方向一致,就可以得出结果(要么是1,要么是0);