□張漫子

加密，是一門(mén)古老的藝術(shù)。古羅馬戰爭時(shí)，將軍向皇帝傳遞戰報，要發(fā)送敵軍看不懂的暗號——“往后錯三位”的愷撒密碼就這樣誕生了。我國先秦時(shí)期軍中常用的陰符、陰書(shū)，也就是一套加密方法。

當歷史的車(chē)輪駛入互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，密碼學(xué)的復雜程度自然非愷撒所能想象。但更讓人不易想象的，可能還是一場(chǎng)會(huì )顛覆現有公開(kāi)密碼體系的技術(shù)革命——超越經(jīng)典計算方法的量子計算，讓保密通信成為“唯一確定的事情就是不確定”這句古老諺語(yǔ)令人驚嘆的注腳。

竊聽(tīng)者將無(wú)法隱藏自己，也無(wú)法竊取任何信息

1994年，英格蘭銀行的密碼需要設置155位，才能保證無(wú)法破譯。

大數為何難以分解？這好比我們面前有一座巨大樂(lè )高積木城堡，由成千上萬(wàn)塊不同顏色的積木搭建而成。幾乎沒(méi)有人能夠看一眼就記住每一塊積木的位置和顏色。而解密的過(guò)程就好比去拆解這座巨大的城堡，是一項艱巨的任務(wù)。

“1994年，破譯一串155位的密碼，需要當時(shí)最先進(jìn)的計算機持續計算20年。但有了量子計算機，破譯這一長(cháng)度的密碼只需0.3秒。”北京量子信息科學(xué)研究院科研副院長(cháng)、清華大學(xué)教授龍桂魯說(shuō)。

面對量子計算機如此神速的密碼破解，保密通信要想“道高一丈”，自然也需不斷升級。

“經(jīng)典保密通信好比‘說(shuō)黑話(huà)’，讓其他人聽(tīng)不懂。而量子保密通信就像是說(shuō)‘悄悄話(huà)’，讓其他人壓根聽(tīng)不到。”龍桂魯解釋?zhuān)孔颖Ｃ芡ㄐ胖饕袃煞N：一種是用量子態(tài)產(chǎn)生密鑰，而以經(jīng)典通信傳輸加密信息的量子密鑰分發(fā)，優(yōu)勢是傳輸率高；另一種是用量子態(tài)直接傳輸信息的量子直接通信，如遇竊聽(tīng)，量子態(tài)可以自毀來(lái)保證信息安全。

利用量子態(tài)的特性，我們可以在信息傳遞時(shí)邊檢查、邊通信。

量子通信中如果存在暗中竊聽(tīng)的第三方，通信的雙方便會(huì )察覺(jué)：因為暗中竊聽(tīng)會(huì )引發(fā)量子態(tài)的狀態(tài)改變，接收方發(fā)現異常，就會(huì )及時(shí)采取措施保護信息。也就是說(shuō)，竊聽(tīng)量子通信者既不能隱藏竊聽(tīng)行為，也無(wú)法竊取任何信息。

密鑰皆“一次性”使用，量子短信也會(huì )“閱后即焚”

座機、BP機、大哥大、智能手機……30年來(lái)通信手段的日新月異，你我都是見(jiàn)證者。但人們也許不敢相信，用上量子密鑰分發(fā)技術(shù)的量子電話(huà)，已經(jīng)走進(jìn)我們的生活。

“只需一部安卓手機在手，再配上一張量子密話(huà)SIM卡，就能撥打量子電話(huà)。”中電信量子信息科技集團有限公司通話(huà)與量子產(chǎn)品線(xiàn)技術(shù)總監張濤說(shuō)得輕松寫(xiě)意。

量子電話(huà)與普通電話(huà)有何不同？以手機為例，首先是可撥打量子電話(huà)的手機改造了普通手機的撥號組件，借由量子會(huì )話(huà)密鑰保護通話(huà)人的身份認證信息，以實(shí)現基于量子加密的身份認證；然后就是內置了“量子安全中間件”，用以調動(dòng)量子SIM卡的充注密鑰，作為會(huì )話(huà)密鑰認證和解密的“前哨”。

裝有量子SIM卡的手機每次發(fā)起“量子密話(huà)”時(shí)，都會(huì )隨機抽取芯片內的一個(gè)量子密鑰與后臺建立連接、校驗身份信息。認證通過(guò)后，實(shí)時(shí)生成一個(gè)新密鑰作為會(huì )話(huà)密鑰。認證密鑰與會(huì )話(huà)密鑰相區分，用后即棄。

“就算這一次通話(huà)的密鑰憑著(zhù)巨量演算可以破解，但下一次密鑰煥然一新，之前的破解也就成了無(wú)用功。”張濤說(shuō)，“端到端”加密確保了通話(huà)的語(yǔ)音信息即使被其他人獲取也無(wú)法獲知真實(shí)內容。

當然，量子密話(huà)需要撥出者與被呼叫者雙方都換上量子SIM卡。

不止量子電話(huà)，形同“閱后即焚”的量子短信也已出現——一條量子短信，可以在設定時(shí)間內瞬間化為烏有。

我們離“量子通信自由”還差一張“網(wǎng)”

量子通信要想大規模應用，必須要過(guò)“遠距離傳輸信號損耗”這一關(guān)。

從1984年美國物理學(xué)家貝內特著(zhù)手探索量子通信應用到現在，業(yè)界共識是先利用光纖在城市內構建一個(gè)網(wǎng)絡(luò )，然后利用中繼實(shí)現城市間連接，通過(guò)衛星的中轉實(shí)現更遠距離的量子通信。

其關(guān)鍵在哪里？龍桂魯一語(yǔ)道破：“需要組建量子網(wǎng)絡(luò )。”不過(guò)，組建量子網(wǎng)絡(luò )所需的量子中繼器件現在還沒(méi)有“實(shí)用版”。

值得欣慰的是，目前借助現有的經(jīng)典中繼站點(diǎn)來(lái)構建可信的中繼量子網(wǎng)絡(luò )已成為現實(shí)。這一過(guò)程就相當于信號借量子與量子之間的直接通信傳輸，在一定距離a內，到達一個(gè)叫作“中繼”的地方，將密文先轉換為經(jīng)典信號，再轉換成新的量子信號，再開(kāi)啟下一段量子通信“接力”，如此傳送，直到收信人收到為止。

此外，還可以借助經(jīng)典密碼加密，進(jìn)一步加強信號在中繼站的安全保護。

“如果用郵寄信件打比方，經(jīng)典加密就是用暗號寫(xiě)信。”龍桂魯解釋?zhuān)孔又苯油ㄐ艅t像一輛帶封閉車(chē)廂的郵車(chē)，經(jīng)典中繼就是信件中轉站。用封閉郵車(chē)傳送暗號寫(xiě)的文件，隨后在中轉站轉交給下一輛郵車(chē)。“在交接時(shí)，人們看到的只有暗號，不是文件的‘真容’。最后的接收人才能讀懂暗號，解密文件。”

如今，第二代量子直接通信的樣機速率達到每秒千比特量級，能夠實(shí)現穩定圖文傳輸。科學(xué)家已在實(shí)驗室中初步建起安全中繼的量子直接通信網(wǎng)絡(luò )，從“一對一”通信發(fā)展到多人“群聊”。接下來(lái)努力的方向是廣域“端對端”安全中繼量子網(wǎng)絡(luò )，有望支撐多種應用。

量子技術(shù)發(fā)展迅速，龍桂魯團隊如今已經(jīng)把目光投向太空。很快，量子直接通信就不僅局限于地面光纖網(wǎng)絡(luò )，天地間直接量子對話(huà)也可成真。也許到那時(shí)，“量子通信自由”離我們就不再遙遠。

（來(lái)源新華網(wǎng)）