新型量子加密技術有望擊碎“棱鏡”

上周在有關于莫斯科的新聞中，最熱門的話題依然是圍繞著美國的“泄密者”斯諾登，他目前正尋求在俄羅斯臨時避難。與此同時，在這座城市的另一邊，尼古拉斯吉新博士上周宣布，他找到了能夠防止類似美國國家安全局(National Security Agency)的機構再次窺探公民隱私的辦法。以后的數(shù)據(jù)加密法將無法攻破、無懈可擊。

吉新是一名瑞士量子物理學家，他在探索和研究原子和光子等微觀物理問題上走在世界前列。(光子是光的基本粒子。)早在2001年，吉新就與其他人共同創(chuàng)辦了一家名叫ID Quantique 的公司，希望借此把他在量子物理世界里發(fā)現(xiàn)的各種奇特現(xiàn)象應用到商業(yè)世界中。當年量子學界基本上還處理在純理論階段，在實踐上基本還處于空白，更多地只是在實驗室里進行研究，而不是應用于真實世界。但是在過去十年里，量子技術已經(jīng)大大地成熟起來，而且已經(jīng)可以給現(xiàn)實世界帶來很多實際的好處，其中就包括ID Quantique公司目前提供給各大銀行和政府的數(shù)據(jù)加密技術——這也是一種幾乎不可能被攻破的加密技術。

吉新說：“這種新技術聽起來似乎像是一種量子物理學的魔法，不過它當然不是魔法，只是一種非?，F(xiàn)代化的科學技術?！辈贿^與經(jīng)典的通訊和加密方法相比，它的確具有某種“魔力”。經(jīng)典密碼學通常依賴某種數(shù)學算法，隨機生成解密密鑰，使信息發(fā)送者最終發(fā)送出一條加密信息，然后接收者可以通過解密密鑰將信息還原。如果有某個第三方(在數(shù)據(jù)安全界的術語里稱之為“敵方”)獲取了密鑰的拷貝，那么它就可以獲取這份信息的拷貝，然后破譯它——或者也可以憑借足夠的時間和強大的計算能力，利用強大的算法攻破解密密鑰。(據(jù)說美國國家安全局和世界上其他情報機構都是這樣做的。)但是吉新的量子加密技術利用了量子物理學的某些奇特現(xiàn)象，可以使傳送中的密鑰無法被人拷貝，也無法被偷走和破解，除非發(fā)送者主動丟棄了這個密鑰。

ID Quantique公司的量子加密法使用的最主要的量子物理學原理叫“量子糾纏”。它在這種情況下是指兩顆單獨的光子被置于一個相關聯(lián)的狀態(tài)下。根據(jù)量子物理規(guī)則，這兩顆糾纏的光子會無可避免地產(chǎn)生相互影響，如果其中一顆光子的狀態(tài)被改變了，就必然會影響另一顆的狀態(tài)，不管這兩顆光子的位置是遠在天邊還是近在眼前，甚至是分別在地球的兩端。發(fā)送者將其中一顆光子發(fā)送給接收者，那么發(fā)送者和接收者就各擁有了一顆光子。這些光子沒有編入任何有用的信息——需要傳遞的信息還是通過常見的經(jīng)典加密術加密，但是解密密鑰通過一個隨機數(shù)字生成器生成。(真正的隨機數(shù)字生成器代表了由量子物理學派生的另一項技術——這個稍后再說)。

如果敵方要想截獲這個含有密鑰信息的光子，就必須在正確的時刻出現(xiàn)在發(fā)送者和接收者之間，但即便做到這一點，他也不能竊取到任何有用的信息。因為根據(jù)量子物理學，任何試圖干預傳輸中的量子的行為，都會改變仍然在發(fā)送者手中的另一顆糾纏量子的狀態(tài)，從而可以向發(fā)送者發(fā)出警報。這時發(fā)送者可以簡單地丟棄掉被攔截的密鑰，然后重新生成一個。

量子加密術的理念已經(jīng)不是什么新生事物了，但是它剛剛開始真正應用于實驗室以外的現(xiàn)實世界。ID Quantique的客戶包括不少政府和金融機構，但它無權泄露這些客戶的名字。另外這家公司還在網(wǎng)絡游戲行業(yè)找到了一個市場，因為很多網(wǎng)游網(wǎng)站要依賴于ID Quantique的基于量子物理原理的隨機數(shù)字生成器，以確保他們的游戲平臺不被其它電腦程序攻破。(基于計算機算法的隨機數(shù)字生成器雖然也很先進，但是它們并不是“俄羅斯賭盤”那樣真正的隨機，而是由于其本質決定了它不可避免地會產(chǎn)生某種模式，從而被其它計算機程序探測到。)ID Quantique公司的這些技術來自物理學家們所說的量子物理學的“第二次革命”，這家公司也是第一個把新一代的量子技術商業(yè)化的公司。上一次量子物理學的革命發(fā)生在幾十年前，以激光等技術的誕生為代表。不過那次革命的主要成績是讓人們能夠操縱多個量子，而不是單個單子。當然，“第二次革命”也絕對不是量子物理學的最后一次革命。

上周，在莫斯科的俄羅斯量子中心舉辦的第二次國際量子技術年會上，來自全球各地的專家學者發(fā)表了關于好幾種量子技術的論文和演講。這些技術在幾年前還僅僅處于理論狀態(tài)，但是現(xiàn)在已經(jīng)得到了飛速的發(fā)展，已經(jīng)被很多人了解，縮短了它們走向實用化和商業(yè)化的道路。

以物理學和材料科學業(yè)務為核心的風投基金QWave Capital的執(zhí)行股東、核物理學家謝爾蓋.庫茲曼在會上接受《財富》雜志(Fortune)采訪時預測，未來三至五年，全世界會開始見證根據(jù)量子物理學的最新進展研發(fā)出來的專門的傳感器和設備，它們將大大超越現(xiàn)有技術的能力。他還說：“如今，量子物理學面臨的問題已經(jīng)只是工藝的問題?！彼f這是一件好事，意味著在許多情況下，基礎的科學認知和設計已經(jīng)普遍存在，使很多量子技術已經(jīng)發(fā)展到一個能夠在超級計算、高分辨率傳感器、醫(yī)療診段等高科技領域里實現(xiàn)商業(yè)應用的階段。

量子通訊和加密領域的工藝和產(chǎn)品化階段已經(jīng)悄然展開了——盡管來自現(xiàn)有數(shù)據(jù)安全技術領域的限制和阻力難免會導致這項技術展開得比較緩慢。吉新表示，目前的大部分數(shù)據(jù)安全性專家都來自數(shù)學界，因此對于量子通訊這樣一項對很多人來說難以直觀掌握的技術，他們通常都抱著謹慎的態(tài)度。另外有一些限制也是客觀存在的，目前一顆單獨的光子在保證不丟失或損失的前提下，只能在光纖內傳輸60英里，因此這也是現(xiàn)有的量子加密技術在距離上所能達到的上限。

現(xiàn)在，ID Quantique公司正在與美國的非盈利研究開發(fā)機構巴特雷研究中心(Bettelle)一道，開發(fā)所謂的“量子中繼器”，它相當于是量子在傳輸鏈條中的一個驛站。但同時也有一些企業(yè)和政府機構需要在較短的距離內實現(xiàn)信息交換的超安全性，也就是信息的“零被盜”。 ID Quantique公司接下來也將繼續(xù)這些企業(yè)和政府機構合作。另外，這家公司目前還正在與幾家有意采用量子加密技術的政府機構展開磋商。眼下，斯諾登事件鬧得沸沸洋洋，這些政府機構未雨綢繆，肯定不會有人感到驚訝。

吉新說：“安全專家們并沒有從斯諾登案中汲取任何教訓。很明顯，監(jiān)控通過互聯(lián)網(wǎng)傳遞的信息非常容易。對于斯諾登的泄密，沒有哪個安全性專家能假裝很驚訝。我并不是一個國家級的安全性專家，但我不認為美國是唯一這樣做的國家——俄羅斯在這樣做，中國也在這樣做，大家都在監(jiān)視別人，從前和以后也都一樣。要想領先其他人，現(xiàn)在有一種方法是使用量子加密技術，因為美國和其他國家情報機關所使用的程序肯定無法追蹤到它。”