新型量子加密技術(shù)有望擊碎“棱鏡”

上周在有關(guān)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(jī)構(gòu)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(xué)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(yīng)用到商業(yè)世界中。當(dāng)年量子學(xué)界基本上還處理在純理論階段，在實(shí)踐上基本還處于空白，更多地只是在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行研究，而不是應(yīng)用于真實(shí)世界。但是在過去十年里，量子技術(shù)已經(jīng)大大地成熟起來，而且已經(jīng)可以給現(xiàn)實(shí)世界帶來很多實(shí)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(shù)——這也是一種幾乎不可能被攻破的加密技術(shù)。

吉新說：“這種新技術(shù)聽起來似乎像是一種量子物理學(xué)的魔法，不過它當(dāng)然不是魔法，只是一種非?，F(xiàn)代化的科學(xué)技術(shù)。”不過與經(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(xué)通常依賴某種數(shù)學(xué)算法，隨機(jī)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(shù)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(qiáng)大的計(jì)算能力，利用強(qiáng)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(bào)機(jī)構(gòu)都是這樣做的。)但是吉新的量子加密技術(shù)利用了量子物理學(xué)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(xué)原理叫“量子糾纏”。它在這種情況下是指兩顆單獨(dú)的光子被置于一個相關(guān)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(yuǎn)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(shù)加密，但是解密密鑰通過一個隨機(jī)數(shù)字生成器生成。(真正的隨機(jī)數(shù)字生成器代表了由量子物理學(xué)派生的另一項(xiàng)技術(shù)——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(diǎn)，他也不能竊取到任何有用的信息。因?yàn)楦鶕?jù)量子物理學(xué)，任何試圖干預(yù)傳輸中的量子的行為，都會改變?nèi)匀辉诎l(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(bào)。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(shù)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(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室以外的現(xiàn)實(shí)世界。ID Quantique的客戶包括不少政府和金融機(jī)構(gòu)，但它無權(quán)泄露這些客戶的名字。另外這家公司還在網(wǎng)絡(luò)游戲行業(yè)找到了一個市場，因?yàn)楹芏嗑W(wǎng)游網(wǎng)站要依賴于ID Quantique的基于量子物理原理的隨機(jī)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(jì)算機(jī)算法的隨機(jī)數(shù)字生成器雖然也很先進(jìn)，但是它們并不是“俄羅斯賭盤”那樣真正的隨機(jī)，而是由于其本質(zhì)決定了它不可避免地會產(chǎn)生某種模式，從而被其它計(jì)算機(jī)程序探測到。)ID Quantique公司的這些技術(shù)來自物理學(xué)家們所說的量子物理學(xué)的“第二次革命”，這家公司也是第一個把新一代的量子技術(shù)商業(yè)化的公司。上一次量子物理學(xué)的革命發(fā)生在幾十年前，以激光等技術(shù)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(dāng)然，“第二次革命”也絕對不是量子物理學(xué)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(shù)年會上，來自全球各地的專家學(xué)者發(fā)表了關(guān)于好幾種量子技術(shù)的論文和演講。這些技術(shù)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?qū)嵱没蜕虡I(yè)化的道路。

以物理學(xué)和材料科學(xué)業(yè)務(wù)為核心的風(fēng)投基金QWave Capital的執(zhí)行股東、核物理學(xué)家謝爾蓋.庫茲曼在會上接受《財(cái)富》雜志(Fortune)采訪時預(yù)測，未來三至五年，全世界會開始見證根據(jù)量子物理學(xué)的最新進(jìn)展研發(fā)出來的專門的傳感器和設(shè)備，它們將大大超越現(xiàn)有技術(shù)的能力。他還說：“如今，量子物理學(xué)面臨的問題已經(jīng)只是工藝的問題。”他說這是一件好事，意味著在許多情況下，基礎(chǔ)的科學(xué)認(rèn)知和設(shè)計(jì)已經(jīng)普遍存在，使很多量子技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到一個能夠在超級計(jì)算、高分辨率傳感器、醫(yī)療診段等高科技領(lǐng)域里實(shí)現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用的階段。

量子通訊和加密領(lǐng)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(shù)領(lǐng)域的限制和阻力難免會導(dǎo)致這項(xiàng)技術(shù)展開得比較緩慢。吉新表示，目前的大部分?jǐn)?shù)據(jù)安全性專家都來自數(shù)學(xué)界，因此對于量子通訊這樣一項(xiàng)對很多人來說難以直觀掌握的技術(shù)，他們通常都抱著謹(jǐn)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(dú)的光子在保證不丟失或損失的前提下，只能在光纖內(nèi)傳輸60英里，因此這也是現(xiàn)有的量子加密技術(shù)在距離上所能達(dá)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(jī)構(gòu)巴特雷研究中心(Bettelle)一道，開發(fā)所謂的“量子中繼器”，它相當(dāng)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(jī)構(gòu)需要在較短的距離內(nèi)實(shí)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(jī)構(gòu)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(shù)的政府機(jī)構(gòu)展開磋商。眼下，斯諾登事件鬧得沸沸洋洋，這些政府機(jī)構(gòu)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(xùn)。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(rèn)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(lǐng)先其他人，現(xiàn)在有一種方法是使用量子加密技術(shù)，因?yàn)槊绹推渌麌仪閳?bào)機(jī)關(guān)所使用的程序肯定無法追蹤到它。”