BBN称世界上第一个量子密码通信网络已建立
关注+2004-10-08作者：蓝点
生活在这个所谓的E时代中，无论何时，都市里的人们都得记住自己密码，电脑开机的密码，上网拨号的密码，OICQ的密码，银行刷卡的密码，IP电话卡的密码，手机的密码……老百姓尚且如此，更何况那些需要绝对安全的军事国防、外交、金融等领域呢？然而，面对手段高超的黑客们，这些密码往往就成了一串没有多少意义的数字。什么样的密码才是永远安全的呢？全世界的科学家们都在苦苦思索，最近他们给出了答案—量子密码。
量子密码网络横空出世
今年6月3日，美国BBN技术公司称世界上第一个量子密码通信网络在美国马萨诸塞州剑桥城正式投入运行，新的量子密码通信网络目前已成功地实现了该公司与哈佛大学之间的连接，不久将延伸至波士顿大学。这套网络目前拥有6个节点，主要通过普通光纤来传输采用量子密码术加密的数据，与现有因特网技术完全兼容，网络传输距离约为10公里。这种量子密码通信不光是绝对安全的、不可破译的，而且一旦存在非法窃听者时，会立刻为使用者所知，新闻发言人还很骄傲地表示近年来，科学家们在量子密码术研究领域取得了一定进展，但基本都是在两个节点间进行量子密码通信，而像他们这样的复杂的量子密码网络还是首次。无独有偶，就在今年5月，日本的科学家称他们开发出传输速度最快的量子密码，实验中，研究小组利用10.5公里长的光纤进行信号传递，接收一方用光子探测器降低干扰，大幅缩短了传送时间，使得通信时间缩短了100倍，达到了每秒45千比特，他们还称如果不考虑传输距离和成本因素，这种技术现在就能投入实用。由于密码广泛应用于军事、外交等需要绝对机密的行业，虽然目前通行加密算法已经相对安全，即使采用现在的计算机进行破译也需经过上千年甚至更长的时间。但是随着计算机运算速度的提高和相应软件的开发，目前使用的密码并不能保证绝对安全。而量子密码在理论上是无法被破译的，因此在量子密码研究领域，西方发达国家一直在进行激烈的竞争。其实早在几年前，英国、德国都已经加入到量子密码的研究中，据报载，德国慕尼黑大学和英国军方下属的研究机构合作，在德国和奥地利边境的楚格峰与卡尔文德尔峰之间用激光成功传输了光子密钥，当时传输的距离达23.4公里，使得通过近地卫星安全传送密钥并建立全球密码发送网络成为可能。新加坡更是意图利用国内现有的光纤网络，展开长距离的光子密钥在光纤里传输的试验，并建立起自己的量子密码方案，促使新加坡成为第一个全面使用光子密钥为保安措施的国家。
为什么它是永远安全的密码
早有人将量子密码列为改变世界的十大发明之一，究竟是什么特性让它能够达到如此崇高的地位呢？
自从人类有了文明开始，就有了保密的意识，古希腊的斯巴达人将一条1厘米宽、20厘米左右长的羊皮带，以螺旋状绕在一根特定粗细的木棍上，然后将要传递的信息沿木棍纵轴方向从左至右写在羊皮带上。写完一行，将木棍旋转90度，再从左至右写，直至写完。最后将羊皮带从木棒上解下展开，羊皮带上排列的字符即是一段密码。不用说，信息的接收者也需要有根同等粗细的棍子，收到羊皮带后再将它裹到棍子上，才能读出原始信息。这样，即便羊皮带中途被截走，只要对方不知道棍子的粗细，所看到的也只是一些零乱而无用的字句。这就是历史上记载的人类最早对信息进行加密的方法之一。而中国的无数武侠小说里总有着某些武林密籍或者藏宝图都隐含在某山水画中，只有泼湿了，才会真正的显示出来，当然，这是最简单与原始的加密法，也被称为藏匿法。它的最大弱点就是一旦被发现的话，其内容也就马上曝光了。
随着数学的发展，开始有了替代法，比如用数字来代替字母(例如用字母表中这个字母所处的位置来代替它)，当然，这也容易被破译出来，比如在英文里E这个字母最常见，那么频繁出现的那个数字就是E。更糟糕的是，这种密码在被窃听破解时，不会留下任何痕迹，合法用户无法察觉。
后来人们又发明了二次加密法，即产生一串无序的数字，称为密钥，将密钥再加在替代法的密码上，那么结果将是一串别人无法解读的乱码。因为密钥是随机产生的，如果只用一次就丢掉，那么这个加密后的信息肯定无法破解，可是，在现代频繁的通讯中，每次都要更换一次密钥实在是太麻烦了，尤其是密钥的产生是需要时间的，在许多强调时效性的场合下，就不太合适了。最危险的是，在现有的各种以数学理论为基础的密码中，没有哪种是解不开的，只要你拥有足够强大的计算机。
于是人们想到了物理方法来加密，量子是物质的基本粒子，例如光子、电子、夸克等。大家都知道电脑是用二进制的，只有0或1两种状态，而光子也有两个可分辨的偏振态，我们可以用光子来做位元，目前，科学家主要利用光子来携带密钥。根据量子力学的原理，除了发件人和收件人之外，任何人都无法掌握量子的状态，也无法复制量子。量子是一种非常脆弱的东西，一碰就会破或者变，凡测过的必留下痕迹。再高明的黑客、间谍对这种加密法也是一筹莫展。因为任何窃取量子的动作都会改变量子的状态，不光是无法获得密钥，也会被收件人发现。因此，量子密码被认为是绝对安全的。
要使这项技术可以操作，大体上需要经过这样的程序：在地面发射量子信号——通过大气层发送量子信号——卫星接收量子信号并转发到散布在地球各个角落的指定接收目标。这项技术面对的挑战之一，就是大气层中的空气分子会把量子一个个弹射到四面八方，但却很难让它被指定的卫星吸收。因此，量子密码的传输距离就无法实现质的飞跃。
另外，研究人员还有一道科技难关需要攻破。信息的传递，需要最快的速度，但在目前，接受加密量子流的单量子装置必须在低温冷却的状态下，才能保证传递加密量子的速度。为此科学家已在抓紧研究一种办法，力争使它的作用和电话系统中的增音设施相同。据推测，这项研究在未来几年内就可以见到成效。
中国也得加紧研究步伐
信息安全领域无小事，目前西方国家包括中国的近邻日本、新加坡都在加快有关量子密码的方案研究，日本早在21世纪初就将量子通信列入十年开发计划之中，并称其是21世纪国家的战略项目，要求拨款15亿日元，其中有关量子密码技术研究所需要的经费就占了2亿日元。美国的科学基金会在近4年中，大概投资了3000万美元用于此项研究，而前文所提到的世界上第一个量子密码通信网络更是得到了美国五角大楼下属国防高级研究计划局的资助。
密码技术特别是加密技术是信息安全技术中的核心技术，各国都不会放弃自主权和控制权，都在争夺霸权地位。美国仍然走在最前列，日本、欧洲各国也不会放松警惕。国家关键基础设施中不可能引进或采用别人的加密技术，我们只能自主开发。庆幸的是，我国也在近几年展开了量子保密通信系统的研究，去年7月，中国科学技术大学中科院量子信息重点实验室的科学家在该校成功铺设一条总长为3.2公里的“特殊光缆”——一套基于量子密码的保密通信系统。该系统可以进行文本和实时动态图像的传输，刷新率达到20帧／秒，满足了网上保密视频会议的要求。
保密与窃密就像矛与盾一样相影相随，它们之间的斗争已经持续了几千年，量子密码的出现，在理论上终结了这场争斗，希望它是真正的终结者