隨著社會(huì)信息化的迅猛發(fā)展，信息安全問題日益受到世界各國(guó)的廣泛關(guān)注。密碼作為信息安全的重要支撐而備受重視，各國(guó)都在努力尋找和建立絕對(duì)安全的密碼體系。而量子信息尤其是量子計(jì)算研究的迅速發(fā)展，使現(xiàn)代密碼學(xué)的安全性受到了越來越多的挑戰(zhàn)。與現(xiàn)代密碼學(xué)不同的是，量子密碼在安全性和管理技術(shù)方面都具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。因此，量子密碼受到世界密碼領(lǐng)域的高度關(guān)注，并成為許多發(fā)達(dá)國(guó)家優(yōu)先支持的重大課題。

一、量子加密技術(shù)的起源

美國(guó)科學(xué)家Wiesner首先將量子物理用于密碼學(xué)的研究之中，他于 1969 年提出可利用單量子態(tài)制造不可偽造的“電子鈔票”。1984 年，Bennett 和 Brassard 提出利用單光子偏振態(tài)實(shí)現(xiàn)第一個(gè) QKD（量子密鑰分發(fā)）協(xié)議—BB84 方案。1992年，Bennett 又提出 B92 方案。2005 年美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃署已引入基于量子通信編碼的無線連接網(wǎng)絡(luò)，包括 BBN 辦公室、哈佛大學(xué)、波士頓大學(xué)等 10個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。2006 年三菱電機(jī)、NEC、東京大學(xué)生產(chǎn)技術(shù)研究所報(bào)道了利用 2個(gè)不同的量子加密通信系統(tǒng)開發(fā)出一種新型網(wǎng)絡(luò)，并公開進(jìn)行加密文件的傳輸演示。在確保量子加密安全性的條件下，將密鑰傳輸距離延長(zhǎng)到200km。

二、量子加密技術(shù)的概念及原理

量子密碼，是以物理學(xué)基本定律作為安全模式，而非傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)演算法則或者計(jì)算技巧所提供的一種密鑰分發(fā)方式，量子密碼的核心任務(wù)是分發(fā)安全的密鑰，建立安全的密碼通信體制，進(jìn)行安全通訊。量子密碼術(shù)并不用于傳輸密文,而是用于建立、傳輸密碼本。量子密碼系統(tǒng)基于如下基本原理:量子互補(bǔ)原理(或稱量子不確定原理),量子不可克隆和不可擦除原理,從而保證了量子密碼系統(tǒng)的不可破譯性。

三、基于單光子技術(shù)（即BB84協(xié)議）的量子密碼方案主要過程:

a)發(fā)送方生成一系列光子,這些光子都被隨機(jī)編碼為四個(gè)偏振方向;

b)接收方對(duì)接收到的光子進(jìn)行偏振測(cè)量;

c)接收方在公開信道上公布每次測(cè)量基的類型及沒測(cè)量到任何信號(hào)的事件序列,但不公布每次有效測(cè)量事件中所測(cè)到的具體結(jié)果;

d)如果沒有竊聽干擾,則雙方各自經(jīng)典二進(jìn)制數(shù)據(jù)系列應(yīng)相同。如果有竊聽行為,因而將至少導(dǎo)致發(fā)送方和接收方有一半的二進(jìn)制數(shù)據(jù)不相符合,得知信息有泄露。

四、量子密碼系統(tǒng)的安全性。

在單光子密碼系統(tǒng)中,通訊密鑰是編碼在單光子上的,并且通過量子相干信道傳送的。因此任何受經(jīng)典物理規(guī)律支配的密碼分析者不可能施行在經(jīng)典密碼系統(tǒng)中常采用的攻擊方法:

1)對(duì)加密算法進(jìn)行分析,以找出“陷門”。

由于量子密碼系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)所依據(jù)的是量子力學(xué)原理。而不是數(shù)學(xué)算法,因此無從下手進(jìn)行算法分析。

2)截獲/重發(fā),并精確復(fù)制密鑰用于進(jìn)行窮舉攻擊。

單個(gè)量子不可能克隆的基本原理決定了這樣的攻擊對(duì)信道進(jìn)行宏觀測(cè)量都會(huì)破壞信道的量子相干性,并馬上被通訊的合法用戶所發(fā)現(xiàn)。

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