观点 | 量子卫星很近，但“无法破解”的网络可能还很远

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新闻网站总是很喜欢提到“量子”这个词的科技新闻，看起来如果能再加一点空间旅行的话就更加完美了。

2017年6月16日，完全在意料之中，来自中国的一个团队宣布墨子号卫星（全球第二颗设计用于进行量子科学实验的卫星）首先成功实现，两个量子纠缠光子被分发到相距超过1200公里的距离后，仍可继续保持其量子纠缠的状态。

而近日，这个团队实际演示利用量子密钥分发（QKD）的安全技术成功地将加密密钥从轨道卫星上发送到地面，在国际上第一次成功实现“千公里级”星地双向量子通信。

而QKD，确实是一套基于量子物理学的复杂协议，这么多年来也一直是蓬勃发展的领域，那么这次有什么新的东西呢？

写头条的作者，对中国现在所建造的东西的认知似乎被带偏了，他们认为这是某种“无法破解”的通信系统，然而这样说是没有意义的，实际上量子密钥分发可比“无法破解”有趣多了。

QKD是一个关于纠缠光子或电子的学问，之后被用于保护分配加密密钥的信道，在量子卫星升空之前，中国已经在合肥实现了经由光纤传输的城域量子密钥分发。量子密钥分发基于量子纠缠的原理，向通信双方发送量子纠缠态的光子。根据物理学理论，无论相距多远，一对纠缠量子只要其中一粒状态产生变化，另外一粒亦会立即出现相应的转变。由于任何外界的测量都会改变量子纠缠的形态，因而一旦密码被窃听，双方都会获知，因而放弃此次通信。

要注意的是，QKD并不会防止信道被破解，因为它不能被使用的各方隐蔽起来。

你可以在去年英国NCSC发布的一篇简短的论文中阅读QKD限制的摘要，这足以说明如果用于建立，验证密钥发送以及接收的设备有任何弱点，都可能产生理论上的安全漏洞。

退一万步，即使它能够完美地运作，那也会出现新的问题。你可以想象一个场景：在未来世界，QKD被广泛应用，在检测到频道被监视的情况下，通信双方会如何做出反应？逻辑上讲，他们会停止使用这个频道，然后转移到另一个频道，但如果同样的事情又发生了怎么办？如果他们能够保持这种状态，攻击者就是在进行一个简单的拒绝服务攻击。

而反击这种情况的一个方法是大量搭建和分布QKD网络，中国的实验证明这似乎是可行的。那么现在我们就来谈一个大规模的全球QKD系统，说实话，这会十分牵强，“量子互联网”也是如此，据我们所知，QKD从未被用于确认一个真实的入侵，尽管对于军队来说这并不是完全不可能，因为他们也一直在测试这个技术。

你可能还想知道，为什么QKD没有被普及，答案是它局限于复杂的物理学和工程学。且一旦纠缠电子或光子，就不能轻易将它们保持在这个状态，如果这样做了，传输的速度就会很低，距离也会变得很短。

尽管试图将QKD更简单地进行实施，当前阶段它仍然是一个受限于实验室的科技，而且需要有经验的物理学家让它工作起来。这还会增加成本，因为它需要通过光纤电缆以点对点的方式发送光子，而上文已经提到，中国所进行实验的一个成就是通过墨子号在大气层的完美介质中发射激光来传输光子，以避免对光缆的需求。

在某一天，QKD和中国的卫星实验将无疑以某种形式证明他们的价值。到那一天，期待更多的头条新闻呈现已经确立的量子原理，就像爱丽丝的兔子洞入口一样。

注：本文仅代表作者观点。

本文始发于微信公众号（零组攻防实验室）：观点 | 量子卫星很近，但“无法破解”的网络可能还很远