量子计算机要来了!信息会更加安全了!

原标题:量子计算机要来了!信息会更加安全了!

摘要:最近有媒体报道,根据斯诺登曝光的文件,美国国家安全局正在研发一种用于破解密码的量子计算机,但目前仍处于初级阶段,尚未实现重大突破。量子理论完全不遵从于人们熟悉的经典物理学定律,非常抽象艰涩和难以理解。但以量子力学为理论基础发展起来的量子信息技术一旦走向成熟和应用,将对人类社会信息化进程产生不可估量的影响。在密码学领域,量子信息技术衍生了量子密码和量子计算,前者从理论上提供了一种不可截获和破译的绝

量子计算机会带来很多的好处,但是其中一个副作用是它会打破目前用于保护信息的机制。但业界正在努力,澳大利亚的QuintessenceLabs正在发挥关键作用。

  自军事通信使用密码技术以来,各国军队在这个没有硝烟的寂静战场上,展开了激烈的“密码战争”。

量子计算会使世界发生彻底的变革,澳大利亚也将第一个冲向量子终点线。但是量子计算机对药物等领域带来好处的同时,也会破坏当前的安全方法。

  二战中,美军打赢中途岛海战,以及击落山本五十六座机,都与破译了日军密码有关。一些专家甚至认为,盟军在密码破译上的成功使二战至少缩短了8年。

澳大利亚量子网络安全公司QuintessenceLabs(以下简称为QLabs)的创始人兼首席执行官Vikram
Sharma在上周的ACS堪培拉大会发表演讲后接受了ZDNet的访谈,他详细描述了全球安全行业的计划,为在接下来的十年内实现量子计算机而做准备。

  其实,无论战时还是平时,各国军队围绕密码破译与反破译的斗争从未停歇。但近年来飞速发展的量子信息技术正在改变密码战的基本面貌。

“在量子计算方面取得的成就会给我们以前用于保护信息安全的机制带来风险。但是有趣的是,量子技术也能够提供一些解决方案来缓解这一风险或者迎接这一挑战。”他说道。

  上世纪70年代,英国和美国最早开始研究量子计算理论。近年来,相关理论和实践都取得重大进展,产生了多种新的量子算法,研制出多种量子计算机原型。

澳门金沙国际网址,第二次量子革命也一触即发,Sharma指出,1947年发明出了晶体管,在20世纪50年代早期,出现了很多使用晶体管的器械、设备和仪器。

  最近有媒体报道,根据斯诺登曝光的文件,美国国家安全局正在研发一种用于破解密码的量子计算机,但目前仍处于初级阶段,尚未实现重大突破。

和第二次革命不同的是,第一次革命看到了自然界中发生的量子效应的被动杠杆化;第二次革命的特点是可以积极地设计自然界中不存在的量子态。

  量子理论完全不遵从于人们熟悉的经典物理学定律,非常抽象艰涩和难以理解。但以量子力学为理论基础发展起来的量子信息技术一旦走向成熟和应用,将对人类社会信息化进程产生不可估量的影响。

“通过设计新的量子态或者效应,已经展现出了很多的量子所具备的能力,并且在未来的几十年内,使我们生活的很多方面都发生阶跃变化。”Sharma解释道。

  在密码学领域,量子信息技术衍生了量子密码和量子计算,前者从理论上提供了一种不可截获和破译的绝对安全的新型密码体制,后者极其强大的并行计算能力可以轻易破解基于数学问题的经典密码体制。

QLabs于2008年成立,是堪培拉澳大利亚国立大学物理学院的剥离部门,QLabs的产品组合都是独立于澳大利亚国立大学而开发出来的。

  量子计算的原理与传统计算机采用的原理有很大不同。传统计算机采用单路串行操作,而量子计算机采用多路并行操作,运算N个量子位的量子计算机,一次操作就相当于传统计算机2的N次方操作。

QLabs特别关注的是网络安全和通讯领域的应用,并从澳大利亚政府获得资金,以帮助它在国防级别上实现这一目标。

  量子计算机采用专门的量子破译算法,可以轻易破译目前普遍采用的基于数学问题的非对称密钥系统生成的密码。

如今,信息的商业交换主要是由PKI(公钥构架)来保护的,PKI的安全性则是依赖于特定数学运算的计算复杂性。

  面对量子计算未来可能随时“秒杀”传统密码的危险,科学家们致力于寻找不基于数学问题,能有效抵抗量子计算攻击的新型密码体制。

Sharma表示,重要的是,这一系统依赖的是易于单向解决的数学问题,但是想要反向解密还是有点难度的,当前的网络安全也是如此。这种用于PKI交换的系统是一种RSA(非对称加密)算法。

  解铃还需系铃人,同样基于量子信息技术的量子密码应运而生,成为对抗量子计算的“神器”。

Sharma解释道:“一旦有了量子计算机,那么RSA秘钥交换的数学性将会被破坏,因为它的反向计算速度要比传统的计算机,甚至比超级计算机更快。”

  量子密码利用量子态不可复制的特点,来解决密钥分配的安全问题。

“这也是威胁所在…我们需要在下一个十年内认识到这些威胁,大多数人或许会争辩道,我们已经有了可用且有用的量子计算机。”

  其原理是甲方利用量子通信把密钥发送给乙方。如果在甲乙双方传送密钥过程中,有窃听者丙方企图经由探测来窃取密钥,必定会破坏粒子的量子态,从而产生误码,甲乙双方通过抽样对比就可以确认该密钥是否被窃听过。

“这就是威胁,但是我们当前面临的挑战是,虽然量子计算机能够为我们带来的所有的好处,但是有一个副作用是它会打破我们如今用于商业交换中保护电子商务和金钱的机制。”

  当证实密钥未被窃听后,再用这个密钥来实施“一次一密”的办法进行加密。因此,量子密码具有绝对安全性,它在军事上拥有广泛用途。

根据Sharma和他的同事,现在有三种方式能够缓解这一问题,第一个是找到会被破坏的数学问题,然后用更加复杂的数学问题进行替换。

  当前,战场网络已成为联接人与武器、武器与武器的技术纽带,构成了信息化军队的神经中枢。侦察预警、指挥协同、武器控制、后勤保障等作战活动均离不开网络的支持。而战场网络的安全又依赖于网络通信密码提供的“安全屏障”。

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