[導讀]在我們網上轉賬、網購血拼時候，有想過自己的信息是否安全嗎？擔不擔心突然有一天，有人破解了你的銀行卡密碼，讓你的錢不翼而飛~所以為了時刻保證我們的信息安全，所有的信息加密算法都在不停的升級。首先，我們介紹一下傳統(tǒng)通信是怎么實現信息加密的：傳統(tǒng)通信加密過程如下：傳統(tǒng)通信加密過程1、發(fā)...
在我們網上轉賬、網購血拼時候，有想過自己的信息是否安全嗎？擔不擔心突然有一天，有人破解了你的銀行卡密碼，讓你的錢不翼而飛~
所以為了時刻保證我們的信息安全，所有的信息加密算法都在不停的升級。
首先，我們介紹一下傳統(tǒng)通信是怎么實現信息加密的：
傳統(tǒng)通信加密過程如下：
傳統(tǒng)通信加密過程
1、發(fā)送方寫好明文，并通過加密算法和密鑰將明文編制成密文。2、密文被傳送到接收方。3、接收方通過解密算法和密鑰，把密文翻譯還原成明文。
由此可見，在加密通信過程中，“密鑰”是非常重要的。
以目前在保護我們“電子錢包”的RSA密鑰為例，要想破解RSA加密的秘鑰，就要用很暴力的方法將一個超級大的數字（比如有1024位）分解成兩個質數的乘積，用我國的超級計算機“太湖之光”也要破解幾十年。
看到這里是不是覺得“高枕無憂”了呢？不要掉以輕心！量子計算的時代已經拉開序幕，運用量子計算機，別說1024位的密鑰了，破解2048位的密鑰就只需要幾秒鐘！
當計算不再是問題，信息安全就成了問題。
如果說量子計算機將是刺穿現有加密系統(tǒng)的“矛”，那么以后我們要怎么保護我們的錢包和羞于見人的小秘密呢？難道就只能聽之任之嗎？
當然不是！能夠打敗魔法的只有魔法，量子加密就是量子計算機也不可擊破的安全之“盾”。它是一種不可竊聽、不可破譯，是一種無條件安全的通信加密方式。
那么接下來，小編帶著大家一起走近它吧！
01
量子是個啥？
為了不把大家嚇跑，我們可以這樣簡單理解，量子是物理界最小的不可再分的基本單位，比如光的最小單位就是光子即“光量子”，就是一種量子。
02
量子加密與傳統(tǒng)加密有什么區(qū)別？
剛才我們提到了傳統(tǒng)通信中“密鑰”的重要作用，量子加密的優(yōu)勢就在于它的終極秘寶“量子密鑰”！
量子密鑰跟目前的普通密鑰相比，更加安全、可靠、不可破譯。
簡單來說量子加密通信分兩步。
? ??
量子通信加密過程
1、通過量子信道進行量子密鑰分發(fā)。量子衛(wèi)星發(fā)送一對完全隨機且只有通信雙方知道的量子密鑰，在這一步中，只產生和分發(fā)密鑰。2、通過傳統(tǒng)信道進行密文傳遞。利用獲得的量子密鑰，發(fā)送方把信息進行加密變成一段密文，接收方將收到的密文解密，進而實現通信的完全保密。
03??????????????????????????????????“量子密鑰”如此靠譜？為啥嘞？
真的如此靠譜！如此靠譜正是依靠量子的隨機性和不可復制性。
隨機性
在量子密鑰分發(fā)過程中，量子衛(wèi)星隨機發(fā)送不同偏振狀態(tài)的成對光子（也可稱為光量子，是一種量子）。
為測量量子衛(wèi)星發(fā)送的光子狀態(tài)，作為接收端的通信雙方就要設置測量基，對于每一個發(fā)來的隨機偏振狀態(tài)的光子，接收端都要隨機擺放一次測量基來進行測量。
當測量基每收到一個光子，就要根據以下條件，來判斷接收到的信息是1還是0。
那么，衛(wèi)星發(fā)送的光子偏振分為幾種狀態(tài)？接收端的測量基又分為幾種狀態(tài)？又是如何判斷接收到的信號是0還是1的呢？
發(fā)送端發(fā)送光子的偏振狀態(tài)有四種：90°偏振、0°偏振、45°偏振、135°偏振。
接收端的測量基的狀態(tài)有兩種：正放、斜放。
通過上圖，可以看出：
那不能被識別咋辦呢？只能“認倒霉”，并依靠量子的“神奇”特性—隨機性進行隨機分配了。
??
對于不能識別的偏振光子，會隨機分配哪個代表0哪個代表1，這也恰恰為量子密鑰超強保密性的“最強殺招”。
舉一個例子來說明：衛(wèi)星發(fā)送端隨機發(fā)送一系列不同偏振狀態(tài)的光子對，一組發(fā)送給A，一組發(fā)送給B。
為了便于理解，假設量子衛(wèi)星發(fā)送給A、B兩地的隨機糾纏量子對偏振方向均如下：
???????????????????A、B接收端采用如下的隨機測量基進行測量，可以分別得到：
最后，通信兩端的A和B用傳統(tǒng)的通信方式，比如打個電話或者發(fā)個微信，溝通交流一下測量基是怎么擺放的“是正著放還是斜著放”。
隨后A和B把相同測量基對應的信息保留，這些保留的信息我們稱之為“量子密鑰”！
因此，上面例子中的“量子密鑰”就是“001”，如下圖所示。
在這個傳統(tǒng)通信過程中根本不用擔心竊聽，因為就算竊聽，也只能得到通信雙方測量基哪些相同哪些不同，但是這對于竊聽者根本“沒有用”，除非他能夠竊聽到量子衛(wèi)星發(fā)往通信雙方的量子信號。
可能有人想問了，如果還是有厲害的人能夠竊聽到量子衛(wèi)星發(fā)往通信雙方的量子信號，咋辦？
答案是“絕對不可能！”這就不得不說一下量子的另一重要特性了~
不可復制性
因為量子具有不可復制性，即不可在不破壞其狀態(tài)的情況下，被復制或測量到，因而竊聽會被立刻察覺。
值得注意的是在量子衛(wèi)星在密鑰分發(fā)時，密鑰中每對量子都處于“糾纏”狀態(tài)，如果其中一個量子的發(fā)生改變，那么另一個量子的狀態(tài)也會相應改變。
也就是說，如果竊聽者想要截獲量子密鑰，那么就需要測量量子信道中的量子信號，根據“不可復制性”，量子信號在測量過程中就會改變信號本身。
進而會導致密鑰接收雙方收到的信號亂碼大增，從而暴露了自身竊聽的存在，可以說是“偷雞不成蝕把米”。
另外，每串秘鑰都是隨機產生的，一旦被竊聽，通信雙方馬上可以察覺，馬上換密碼，因此就實現百分百加密啦~
04“量子加密”哪家強？
小編驕傲的說：只有我國才有世界領先的“秘密武器”——“墨子號”衛(wèi)星！墨子號量子科學實驗衛(wèi)星，就是為了量子通信而研發(fā)。
目前量子通信已經開始邁向實際應用。
2017年9月29日，世界首條量子保密通信干線——“京滬干線”正式開通?！熬删€”傳輸距離達2000多公里，途徑北京上海等多個城市，主要承載重要信息的保密傳輸。
“京滬干線”建成后，經過了長達兩年多的相關技術驗證和應用示范以及大量的穩(wěn)定性測試、安全性測試及相關標準化研究。結果表明，“京滬干線”可以抵御目前所有已知的竊聽攻擊，網絡的密鑰分發(fā)量可以支持1.2萬以上的用戶同時使用。
05“量子加密”啥時候才能普及？
雖然我國量子通信已經投入應用，但是要想實現大規(guī)模的通信還有很多困難。比如：
PS：聽說留下一個贊神奇的“量子糾纏”能幫你找到最“心有靈犀”的那個他/她歐！
我們是一群平均從業(yè)年限5 的通信專業(yè)工程師。關注我們，帶你了解通信世界的精彩！
所以為了時刻保證我們的信息安全，所有的信息加密算法都在不停的升級。
首先，我們介紹一下傳統(tǒng)通信是怎么實現信息加密的：
傳統(tǒng)通信加密過程如下：
傳統(tǒng)通信加密過程
1、發(fā)送方寫好明文，并通過加密算法和密鑰將明文編制成密文。2、密文被傳送到接收方。3、接收方通過解密算法和密鑰，把密文翻譯還原成明文。
由此可見，在加密通信過程中，“密鑰”是非常重要的。
以目前在保護我們“電子錢包”的RSA密鑰為例，要想破解RSA加密的秘鑰，就要用很暴力的方法將一個超級大的數字（比如有1024位）分解成兩個質數的乘積，用我國的超級計算機“太湖之光”也要破解幾十年。
看到這里是不是覺得“高枕無憂”了呢？不要掉以輕心！量子計算的時代已經拉開序幕，運用量子計算機，別說1024位的密鑰了，破解2048位的密鑰就只需要幾秒鐘！
當計算不再是問題，信息安全就成了問題。
如果說量子計算機將是刺穿現有加密系統(tǒng)的“矛”，那么以后我們要怎么保護我們的錢包和羞于見人的小秘密呢？難道就只能聽之任之嗎？
當然不是！能夠打敗魔法的只有魔法，量子加密就是量子計算機也不可擊破的安全之“盾”。它是一種不可竊聽、不可破譯，是一種無條件安全的通信加密方式。
那么接下來，小編帶著大家一起走近它吧！
01
量子是個啥？
為了不把大家嚇跑，我們可以這樣簡單理解，量子是物理界最小的不可再分的基本單位，比如光的最小單位就是光子即“光量子”，就是一種量子。
02
量子加密與傳統(tǒng)加密有什么區(qū)別？
剛才我們提到了傳統(tǒng)通信中“密鑰”的重要作用，量子加密的優(yōu)勢就在于它的終極秘寶“量子密鑰”！
量子密鑰跟目前的普通密鑰相比，更加安全、可靠、不可破譯。
簡單來說量子加密通信分兩步。
? ??
量子通信加密過程
1、通過量子信道進行量子密鑰分發(fā)。量子衛(wèi)星發(fā)送一對完全隨機且只有通信雙方知道的量子密鑰，在這一步中，只產生和分發(fā)密鑰。2、通過傳統(tǒng)信道進行密文傳遞。利用獲得的量子密鑰，發(fā)送方把信息進行加密變成一段密文，接收方將收到的密文解密，進而實現通信的完全保密。
03??????????????????????????????????“量子密鑰”如此靠譜？為啥嘞？
真的如此靠譜！如此靠譜正是依靠量子的隨機性和不可復制性。
隨機性
在量子密鑰分發(fā)過程中，量子衛(wèi)星隨機發(fā)送不同偏振狀態(tài)的成對光子（也可稱為光量子，是一種量子）。
為測量量子衛(wèi)星發(fā)送的光子狀態(tài)，作為接收端的通信雙方就要設置測量基，對于每一個發(fā)來的隨機偏振狀態(tài)的光子，接收端都要隨機擺放一次測量基來進行測量。
當測量基每收到一個光子，就要根據以下條件，來判斷接收到的信息是1還是0。
- 量子衛(wèi)星發(fā)來的光子偏振狀態(tài)
- 接收端測量基的擺放狀態(tài)
那么，衛(wèi)星發(fā)送的光子偏振分為幾種狀態(tài)？接收端的測量基又分為幾種狀態(tài)？又是如何判斷接收到的信號是0還是1的呢？
發(fā)送端發(fā)送光子的偏振狀態(tài)有四種：90°偏振、0°偏振、45°偏振、135°偏振。
| 發(fā)送端-光子偏振狀態(tài) | |||
| 0°偏振 | 90°偏振 | 45°偏振 | 135°偏振 |
接收端的測量基的狀態(tài)有兩種：正放、斜放。
| 接收端-測量基狀態(tài) | |
| 正放 | 斜放 |
通過上圖，可以看出：
- 0°偏振和90°偏振的光子只能被正放的測量基識別，如果遇到斜放的測量基，光子就不能被識別。
- 45°偏振和135°偏振的光子只能被斜放的測量基識別，如果遇到正放的測量基，光子就不能被識別。
那不能被識別咋辦呢？只能“認倒霉”，并依靠量子的“神奇”特性—隨機性進行隨機分配了。
??
對于不能識別的偏振光子，會隨機分配哪個代表0哪個代表1，這也恰恰為量子密鑰超強保密性的“最強殺招”。
| 發(fā)送端 | 接收端 | |
| 光子偏振狀態(tài) | 測量基狀態(tài)（正放） | 測量基狀態(tài)（斜放） |
| 0°偏振 | 1 | ?0 or 1? |
| 90°偏振 | 0 | ?0 or 1? |
| 45°的偏振 | ? 0 or 1? | 1 |
| 135°的偏振 | ? 0 or 1? | 0 |
舉一個例子來說明：衛(wèi)星發(fā)送端隨機發(fā)送一系列不同偏振狀態(tài)的光子對，一組發(fā)送給A，一組發(fā)送給B。
為了便于理解，假設量子衛(wèi)星發(fā)送給A、B兩地的隨機糾纏量子對偏振方向均如下：
| 光子偏振狀態(tài)（衛(wèi)星） | ? | ? | ? |
???????????????????A、B接收端采用如下的隨機測量基進行測量，可以分別得到：
| 測量基狀態(tài)（A端） | ????????????????? | ? | ? | ? | |
| 0 | 0 or 1 | 0 | 0 | 1 | |
| 測量基狀態(tài)（B端） | ? | ? | ? | ? | ? |
0 | 1 | 0 | 0 or 1? | 1 |
最后，通信兩端的A和B用傳統(tǒng)的通信方式，比如打個電話或者發(fā)個微信，溝通交流一下測量基是怎么擺放的“是正著放還是斜著放”。
隨后A和B把相同測量基對應的信息保留，這些保留的信息我們稱之為“量子密鑰”！
因此，上面例子中的“量子密鑰”就是“001”，如下圖所示。
| 最終密鑰 | 0 | - | 0 | - | 1 |
在這個傳統(tǒng)通信過程中根本不用擔心竊聽，因為就算竊聽，也只能得到通信雙方測量基哪些相同哪些不同，但是這對于竊聽者根本“沒有用”，除非他能夠竊聽到量子衛(wèi)星發(fā)往通信雙方的量子信號。
可能有人想問了，如果還是有厲害的人能夠竊聽到量子衛(wèi)星發(fā)往通信雙方的量子信號，咋辦？
答案是“絕對不可能！”這就不得不說一下量子的另一重要特性了~
不可復制性
因為量子具有不可復制性，即不可在不破壞其狀態(tài)的情況下，被復制或測量到，因而竊聽會被立刻察覺。
值得注意的是在量子衛(wèi)星在密鑰分發(fā)時，密鑰中每對量子都處于“糾纏”狀態(tài)，如果其中一個量子的發(fā)生改變，那么另一個量子的狀態(tài)也會相應改變。
也就是說，如果竊聽者想要截獲量子密鑰，那么就需要測量量子信道中的量子信號，根據“不可復制性”，量子信號在測量過程中就會改變信號本身。
進而會導致密鑰接收雙方收到的信號亂碼大增，從而暴露了自身竊聽的存在，可以說是“偷雞不成蝕把米”。
另外，每串秘鑰都是隨機產生的，一旦被竊聽，通信雙方馬上可以察覺，馬上換密碼，因此就實現百分百加密啦~
04“量子加密”哪家強？
小編驕傲的說：只有我國才有世界領先的“秘密武器”——“墨子號”衛(wèi)星！墨子號量子科學實驗衛(wèi)星，就是為了量子通信而研發(fā)。
目前量子通信已經開始邁向實際應用。
2017年9月29日，世界首條量子保密通信干線——“京滬干線”正式開通?！熬删€”傳輸距離達2000多公里，途徑北京上海等多個城市，主要承載重要信息的保密傳輸。
“京滬干線”建成后，經過了長達兩年多的相關技術驗證和應用示范以及大量的穩(wěn)定性測試、安全性測試及相關標準化研究。結果表明，“京滬干線”可以抵御目前所有已知的竊聽攻擊，網絡的密鑰分發(fā)量可以支持1.2萬以上的用戶同時使用。
05“量子加密”啥時候才能普及？
雖然我國量子通信已經投入應用，但是要想實現大規(guī)模的通信還有很多困難。比如：
- 量子信道傳輸仍有距離限制：遠距離傳輸帶來的信號消耗—“信號傳著傳著就沒了......”。
- 量子通信衛(wèi)星的數量還很少：我國還需要發(fā)射更多的量子通信衛(wèi)星才能形成覆蓋全球的量子通信網絡。
PS：聽說留下一個贊神奇的“量子糾纏”能幫你找到最“心有靈犀”的那個他/她歐！
我們是一群平均從業(yè)年限5 的通信專業(yè)工程師。關注我們，帶你了解通信世界的精彩！
下載文檔
