為通信加密!量子通信技術(shù)如何防竊聽(tīng)?
- 發(fā)表時(shí)間:2022-09-01
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近日,知名學(xué)術(shù)期刊《自然·光子學(xué)》在線發(fā)表了來(lái)自中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的一項(xiàng)研究成果。中科大郭光燦院士團(tuán)隊(duì)的韓正甫教授及其合作者,近期實(shí)現(xiàn)了833公里光纖量子密鑰分發(fā),將量子密鑰分發(fā)安全傳輸距離世界紀(jì)錄提升了200余公里,向?qū)崿F(xiàn)千公里陸基量子保密通信邁出重要一步。
量子密鑰分發(fā)基于量子物理的基本原理,在信息安全層面上提供了竊聽(tīng)可感知的密鑰分發(fā)手段。如何延長(zhǎng)光量子密鑰分發(fā)直接傳輸?shù)陌踩嚯x,是當(dāng)前極具挑戰(zhàn)的難點(diǎn)和焦點(diǎn)之一。
什么是量子保密通信?為什么要提高量子通信的傳輸距離?量子通信技術(shù)有何作用,可以應(yīng)用于日常生活中嗎?
什么是量子通信?量子密鑰在量子通信中起著何種作用?
日常生活中的通信是把人所看到的圖像轉(zhuǎn)變成電信號(hào)或是光信號(hào),通過(guò)光纜或者電纜將電信號(hào)或光信號(hào)傳至接收信號(hào)的遠(yuǎn)方,之后利用一個(gè)測(cè)量裝備,再把電信號(hào)和光信號(hào)轉(zhuǎn)變成聲音與圖像。
在物理學(xué)領(lǐng)域,學(xué)者們用物理量來(lái)代表信息。這個(gè)物理量可以被反復(fù)測(cè)量,每次測(cè)量出來(lái)的物理量都是一致的,即每次讀出來(lái)的信息都一樣。
量子通信則是把傳統(tǒng)通信的物理量換成量子力學(xué)領(lǐng)域里獨(dú)有的量子態(tài)。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理學(xué)院、中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的韓正甫教授表示,量子態(tài)不是常規(guī)的物理量,典型特征是測(cè)不準(zhǔn),量子態(tài)每被測(cè)量一次都會(huì)產(chǎn)生變化,導(dǎo)致測(cè)量出來(lái)的結(jié)果不盡相同,無(wú)法確保得到的結(jié)果是我們想要的結(jié)果,但是合法的兩個(gè)通信者能夠通過(guò)協(xié)議得到確定的信息,因此利用量子態(tài)來(lái)代表信息可以有效防止信息被竊聽(tīng)。
量子密鑰是量子通信中保證通信過(guò)程不被人竊聽(tīng)的核心。
量子密鑰是一組隨機(jī)數(shù)。通信的雙方會(huì)共享一組一樣的量子密鑰。之后用隨機(jī)數(shù)跟通訊內(nèi)容做一個(gè)變換,使通訊內(nèi)容成為亂數(shù)。合法的通信者事先已經(jīng)共享了密鑰,因此合法接收者收到亂數(shù)之后可以利用密鑰做反向變化,將信息從亂數(shù)中提取出來(lái)。而竊聽(tīng)者由于沒(méi)有密鑰,得到的只是一堆亂數(shù),無(wú)法獲得有效信息。
為何要提高量子密鑰分發(fā)距離?如何提高量子密鑰分發(fā)距離?
與傳統(tǒng)通訊相比,量子通信的優(yōu)勢(shì)在于安全性,但是它也有一個(gè)弱點(diǎn),隨著傳輸距離增長(zhǎng),量子通信的傳輸速度會(huì)逐漸降低,一旦傳輸速度接近于0,傳輸無(wú)效。傳輸距離是量子通信領(lǐng)域中一個(gè)非常重要的指標(biāo),通過(guò)各種手段提升該指標(biāo)是國(guó)際各國(guó)在量子通信領(lǐng)域爭(zhēng)奪的重要方向。
國(guó)外目前量子通信最長(zhǎng)傳輸距離是605公里,但605公里其實(shí)并不是真實(shí)的傳輸距離,其中的100多公里是用模擬的辦法做出來(lái)的,單就傳輸距離而言,我國(guó)量子通信的傳輸距離比世界紀(jì)錄多出300多公里。
不論是經(jīng)典信號(hào)還是量子信號(hào),信號(hào)在傳輸?shù)倪^(guò)程中都會(huì)隨著傳輸距離的增長(zhǎng)而衰減。如果信號(hào)衰減到測(cè)量手段的極限以下,則無(wú)法通過(guò)測(cè)量得到信息,傳輸無(wú)效。測(cè)量的極限由噪聲決定,如果信號(hào)比噪聲小,測(cè)量得到的主要就是噪聲而非信號(hào)。因此提升信噪比成為增加傳輸距離的關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)和技術(shù)指標(biāo)。
提升信噪比主要有兩種手段。第一種是讓兩邊的傳輸信號(hào)保持高度一致,在傳輸過(guò)程中利用反饋控制等手段抑制噪聲,提高信噪比。光纖傳輸路徑中所耦合進(jìn)來(lái)的各種干擾也在很大程度上影響信噪比。因此第二種手段就是將干擾屏蔽在信號(hào)以外,或是只產(chǎn)生絕對(duì)的干擾,不產(chǎn)生相對(duì)的干擾,這樣就能得到更高的信噪比。
量子保密通信對(duì)我們有什么意義?
量子保密通信的重點(diǎn)不在于“量子”,而在于“保密”。
從國(guó)家層面來(lái)說(shuō),量子保密通信技術(shù)的發(fā)展可以提高國(guó)家的信息安全水平。但量子通信技術(shù)目前在民間并沒(méi)有大范圍普及應(yīng)用。全國(guó)性的量子通信網(wǎng)絡(luò)尚未建立,相關(guān)的消費(fèi)成本也十分高昂,無(wú)法提供人對(duì)人的產(chǎn)品和服務(wù)。量子通信技術(shù)出現(xiàn)后如何應(yīng)用于公民的日常生活,這一問(wèn)題目前還屬于探索階段,量子通信技術(shù)的日常應(yīng)用也尚未得到市場(chǎng)的完全加持。
韓正甫表示,國(guó)內(nèi)已經(jīng)有許多廠家在生產(chǎn)量子通信的設(shè)備。雖然目前還沒(méi)達(dá)到全民普及量子通信技術(shù)的程度,但量子通信技術(shù)的儲(chǔ)備是必要的,未來(lái)若有機(jī)會(huì)大規(guī)模鋪展該技術(shù),我國(guó)也能夠提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)保障。
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思邁奧 SMA-9000 非線性節(jié)點(diǎn)探測(cè)器
一、產(chǎn)品概況:思邁奧SMA-9000是一款小型化非線性節(jié)點(diǎn)探測(cè)器,能探測(cè)到隱藏在墻體、地板、天花板、燈具或容器中的電子設(shè)備,不管這些電子設(shè)備是否在發(fā)射信號(hào)、是否開(kāi)關(guān)機(jī)、并通過(guò)顯示、聲音和振動(dòng)等多種方式 -
思邁奧 SMA-9001 非線性節(jié)點(diǎn)探測(cè)器
一、產(chǎn)品概況: 思邁奧SMA-9001非線性節(jié)點(diǎn)探測(cè)器可以探測(cè)隱藏在墻體、地板、天花板、燈具、家具或容器中的任何電子設(shè)備,不管這些電子設(shè)備是否在發(fā)射信號(hào)、是否開(kāi)機(jī),都通過(guò)顯示、振動(dòng)和聲音提 -
思邁奧 Optic-3 針孔攝像頭探測(cè)器
一.產(chǎn)品概況: “Optic-3”是一款專業(yè)檢測(cè)隱藏?cái)z像頭的探測(cè)儀,旨在檢測(cè)和定位隱藏的針孔攝像機(jī)等,不管攝像機(jī)是處于(開(kāi)/關(guān))狀態(tài)或是否有視頻信號(hào),Optic-3都可檢測(cè)到。 “ -
思邁奧 D-8000Plus 多功能無(wú)線信號(hào)分析儀
一、產(chǎn)品概況:思邁奧SMA-D8000Plus多功能無(wú)線信號(hào)分析儀是一款專業(yè)的反無(wú)線偷拍偷錄手持設(shè)備。它能快速找出室內(nèi)或車內(nèi)所有的無(wú)線偷拍/偷錄/竊聽(tīng)產(chǎn)品,無(wú)論此類設(shè)備如何偽裝,SMA-D8000Pl
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