量子通信如何做到安全保密

周幽王“烽火戲諸侯”的故事， 想必大家都很熟悉了。烽火，就是古代的一種通信技術(shù)，利用在高臺(tái)上燃燒干柴產(chǎn)生的煙柱，能瞬間傳訊百里，常用于傳遞緊急軍情等重要情報(bào)。這種技術(shù)信息量小，不足以傳遞復(fù)雜情況，但通過(guò)改變點(diǎn)燃烽火的數(shù)量以及燃燒不同的物質(zhì)，它仍能在一定程度上實(shí)現(xiàn)秘密通信。唐代李筌所著的《神機(jī)制敵太白陰經(jīng)》曾記載：每夜平安舉一火，聞警鼓舉二火，見(jiàn)煙塵舉三火，見(jiàn)賊燒柴籠。

然而，烽火傳信的方式容易被破解，如何做到通信的安全、保密，人們?cè)谶@方面從未停止過(guò)探索。

為了確保信息能夠做到我知敵不知，一個(gè)原則是要對(duì)信息進(jìn)行更好的加密處理。戰(zhàn)國(guó)軍事著作《六韜》中記載了名為“陰符”的通信方法。“陰符”是一種符節(jié)，戰(zhàn)前由君主授予主將秘密的符節(jié)，雙方約定八種不同的長(zhǎng)度代表不同的軍事信息。如，長(zhǎng)一尺代表“大勝克敵”，長(zhǎng)六寸為“請(qǐng)糧益兵”。這種方式可以有效的實(shí)現(xiàn)秘密通信，保密性相較烽火已經(jīng)要強(qiáng)很多。

國(guó)外同樣有用于軍事的保密通訊方式。公元前5世紀(jì)，古斯巴達(dá)人使用了一種叫做“天書(shū)”的器械。“天書(shū)”是一根用羊皮紙條緊緊纏繞的木棍，書(shū)寫(xiě)者自上而下把文字寫(xiě)在羊皮紙條上，然后把羊皮紙條解開(kāi)送出。除非把羊皮紙條重新纏在一根直徑相同的木棍上，所書(shū)寫(xiě)的文字才能被解讀，否則這一系列不連接的文字看起來(lái)毫無(wú)意義。這兩種保密通信的方式雖不是現(xiàn)代意義的密碼通信，但與密碼卻著重要的共同特征——變換。

所有軍事密碼里，最著名的當(dāng)屬德國(guó)發(fā)明家亞瑟·謝爾比烏斯發(fā)明的恩尼格瑪密碼機(jī)，它總共可以生成的密鑰總量是10的16次方個(gè)。就是說(shuō)如果每一秒鐘嘗試一個(gè)密匙，大約需要3億年時(shí)間才能全部嘗試完。德國(guó)人稱(chēng)之為“永遠(yuǎn)無(wú)法破譯的超級(jí)密碼”，它在二戰(zhàn)中被頻繁使用，但最終還是被盟軍破譯。

現(xiàn)代諸如電話、手機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)等通信方式雖然便利快捷，但是易于被破譯、竊聽(tīng)。近來(lái)國(guó)際上各類(lèi)“竊聽(tīng)”事件鬧得沸沸揚(yáng)揚(yáng)，網(wǎng)絡(luò)武器、網(wǎng)絡(luò)恐怖主義和網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)爭(zhēng)等對(duì)國(guó)家安全的威脅也不可忽視。那么，有沒(méi)有一種通信手段，可以實(shí)現(xiàn)絕對(duì)安全的信息傳遞？中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室潘建偉研究小組給出了肯定的回答——運(yùn)用量子信息作為密鑰傳輸?shù)墓ぞ�，可以在理論上�?shí)現(xiàn)絕對(duì)安全的通信。

量子通信是利用量子糾纏效應(yīng)進(jìn)行信息傳遞的一種新型的通信方式。量子理論認(rèn)為，微觀領(lǐng)域里，某些物質(zhì)可以同時(shí)處于多個(gè)可能狀態(tài)的疊加狀態(tài)，對(duì)這些物質(zhì)的一次測(cè)量就會(huì)改變被測(cè)量物質(zhì)的狀態(tài)�；�于這一原理，以這種狀態(tài)的物質(zhì)作為密鑰，任何截獲或測(cè)試量子密鑰的操作都會(huì)改變量子狀態(tài)。所以，任何人進(jìn)行半路偵測(cè)并試圖獲取所加密的信息都是徒勞的。換言之，截獲量子密碼的人得到的只是無(wú)意義的信息，而信息的合法接收者也可以從量子態(tài)的改變中知道量子密碼曾被截取過(guò)。

圖為量子在傳輸狀態(tài)下的模擬圖

量子保密通信的研究已經(jīng)從理論到了實(shí)踐，從實(shí)驗(yàn)室到了應(yīng)用。2012年初，以潘建偉團(tuán)隊(duì)為核心的技術(shù)隊(duì)伍，在合肥市建成了國(guó)際上首個(gè)規(guī)�；�的城域量子通信網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)數(shù)達(dá)到了46個(gè)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)國(guó)際上已有的同類(lèi)網(wǎng)絡(luò)，標(biāo)志著大容量的量子通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)取得了關(guān)鍵突破。

同時(shí)，新華社和中國(guó)科大合作建設(shè)的金融信息量子通信驗(yàn)證網(wǎng)在北京開(kāi)通，在世界上首次實(shí)現(xiàn)利用量子通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)金融信息的安全傳輸�？梢灶A(yù)想，隨著量子通信技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化和廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)，在不久的將來(lái)，作為保障未來(lái)信息社會(huì)通信安全的關(guān)鍵技術(shù)，量子保密通信將有望走向大規(guī)模應(yīng)用，為信息化社會(huì)提供基礎(chǔ)的安全服務(wù)和可靠的安全保障。