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量子加密的前世今生(四):量子安全

2019-10-18 20:18 推薦: 瀏覽: 15 views 字號:

摘要: 往期回顧:量子加密的前世今生(三):量子計算   量子計算能夠極大擴展我們的探索領域,給人類帶來革命性的進步。然而興奮之余,量子霸權也意味著不再有牢不可破的加密了。傳統計算機要暴力破解經過加密的密碼需要耗費大量的算力和時間,而量子計算機呈指數增長的恐...

往期回顧:量子加密的前世今生(三):量子計算

 

量子計算能夠極大擴展我們的探索領域,給人類帶來革命性的進步。然而興奮之余,量子霸權也意味著不再有牢不可破的加密了。傳統計算機要暴力破解經過加密的密碼需要耗費大量的算力和時間,而量子計算機呈指數增長的恐怖算力,將對當今密碼學構成直接威脅。

▲IBM的量子計算機

密碼技術是網絡安全的根基,無論是手機銀行、線上交易,還是電子郵件、即時消息,密碼技術時刻在保護著用戶的信息安全。

解鈴還須系鈴人:量子加密之盾

加密算法建立在特定數學難題的基礎之上,如大數分解和離散對數等數學問題構建出加密技術的底層機制,傳統計算機破解這類難題要巨量的資源投入和時間成本,通過計算暴力破解密文所花費的時間遠大于該信息的有效時間,破解密文的成本遠高于加密信息的價值,因而變得不可能,我們認為這個加密是安全的。

但是這些數學問題的困難性在量子計算機的強大計算能力面前,將變得不堪一擊,導致當前保護我們信息安全的密碼體系崩塌,涉密信息在量子計算面前只能裸奔。

以子之盾防子之矛,面對量子計算的威脅,量子加密是對抗威脅的主要手段。量子加密技術是量子通信科學發展的成果之一,主要有量子密鑰(源于量子隨機數生成器QRNG,Quantum Random Numeral Generator)和量子密鑰分發(QKD,Quantum Key Distribution)手段。

密鑰本質上是一串隨機數。常用的軟件隨機數基于算法生成,又被叫做偽隨機數,因為通過種子和算法可以得到確定的密鑰,并非真隨機數。另外常用的物理混沌隨機數,是基于經典物理方法生成,輸出結果是確定的,譬如擲骰子,看似隨機,但在拋出的任何時刻,測量得到運動狀態、受力狀況、落地條件等因素,就可以知道確定的結果,也不是真隨機。

量子密鑰是通過測量光量子態得到的結果,量子態波粒二象性表現在空間分布和動量都是以一定概率存在的,測量只能展示隨機的狀態,本質上無法預測,是真隨機的輸出。

用量子密鑰取代當前的偽隨機數,從根本上消除了密鑰隨機性的問題,無疑將極大的提高加密的安全性。

除了密鑰源的安全性,密鑰的安全分發是保證密鑰安全的基礎保證。傳統密鑰的安全分發,仍大量存在人工用密碼箱傳遞的情況:因為一旦通過網絡傳輸,現有的傳輸機制不足以保障密鑰的安全。以物理原理為基礎的量子密鑰分發從根本上解決了密鑰傳輸安全問題。其基本方法是使用量子態來編碼信息,通過對量子態的制備、傳輸和檢測來達到安全分發密鑰的目的。

根據海森堡測不準原理(不確定性原理),攻擊者即使截取了量子信號,也無法有效測準單量子的狀態。如果攻擊者根據測量結果重新制備一個量子發送給接收方,將不可避免地改變單量子狀態,導致解碼結果與編碼不一致。

量子密鑰分發雙方可通過檢測誤碼率來判斷攻擊行為及其強度,并在后處理中進行消除。同時量子相干疊加的特性使得不存在通用的方法獲得任意未知單量子的多個精確一致拷貝。在量子密鑰分發雙方隨機調制單量子態時,如果攻擊者試圖在截獲量子信號后復制多個拷貝,將不可避免地導致復制態與初始態存在偏差,進而導致解碼結果與編碼不一致,量子密鑰分發雙方同樣可進行檢測發現和后處理消除。

鑄國之重器:閃捷量子數據加密

當前世界各國在這一領域激烈角逐,量子安全直接關乎到國家安全。

中國在這一領域走在世界前列,2008-2009 年,由中國科學技術大學先后建成了3節點與5節點的 QKD 網絡。

2013 年 7 月,中國科學技術大學作為建設單位承建了長達 2000 余公里的“量子保密通信‘京滬干線’”,連接北京、上海,濟南、合肥等地城域網,并于 2017 年與“墨子號”量子科學試驗衛星對接,形成全球最大規模的 QKD 網絡。

基于量子密鑰的隨機性和量子密鑰分發的無條件安全性,閃捷信息率先研發了新一代加密產品,用于核心數據庫的加密保護,遏制數據泄露事件。面向后量子加密安全,閃捷數據庫加密產品不僅支持傳統多密鑰源,并且支持量子密鑰,以及量子密鑰分發,可形成單點加密保護能力,以及多點間自建網絡、量子干線、衛星傳輸等組網加密備份場景,在政府、金融、企業等領域應用,從源頭上有效遏制數據泄露惡性事件。

以量子加密,抵抗量子計算攻擊。

鑄國之重器,捍衛數據安全。

 

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中國首席信息安全官


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