量子密碼技術(shù)論文(2)
量子通信技術(shù)論文篇二
量子密碼技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)支付安全中的應(yīng)用
[摘要] 本文主要介紹量子密碼技術(shù)的出現(xiàn)、基本原理,以及在 網(wǎng)絡(luò) 支付安全中的 應(yīng)用 。
[關(guān)鍵詞] 網(wǎng)絡(luò)支付 信息安全 量子 計(jì)算 量子密碼
目前 電子 商務(wù)日益普及,電子貨幣、電子支票、信用卡等綜合網(wǎng)絡(luò)支付手段已經(jīng)得到普遍使用。在網(wǎng)絡(luò)支付中,隱私信息需要防止被竊取或盜用。同時(shí),訂貨和付款等信息被競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手獲悉或篡改還可能喪失商機(jī)等。因此在網(wǎng)絡(luò)支付中信息均有加密要求。
一、量子計(jì)算
隨著 計(jì)算機(jī)的飛速 發(fā)展 ，破譯數(shù)學(xué)密碼的難度也在降低。若能對(duì)任意極大整數(shù)快速做質(zhì)數(shù)分解，就可破解目前普遍采用的RSA密碼系統(tǒng)。但是以傳統(tǒng)已知最快的 方法 對(duì)整數(shù)做質(zhì)數(shù)分解，其復(fù)雜度是此整數(shù)位數(shù)的指數(shù)函數(shù)。正是如此巨額的計(jì)算復(fù)雜度保障了密碼系統(tǒng)的安全。
不過(guò)隨著量子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn),計(jì)算達(dá)到超高速水平。其潛在計(jì)算速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的電子計(jì)算機(jī)，如一臺(tái)具有5000個(gè)左右量子位(qubit)的量子計(jì)算機(jī)可以在30秒內(nèi)解決傳統(tǒng)超級(jí)計(jì)算機(jī)需要100億年才能解決的 問(wèn)題 。量子位可代表了一個(gè)0或1,也可代表二者的結(jié)合,或是0和1之間的一種狀態(tài)。根據(jù)量子力學(xué)的基本原理,一個(gè)量子可同時(shí)有兩種狀態(tài),即一個(gè)量子可同時(shí)表示0和1。因此采用L個(gè)量子可一次同時(shí)對(duì)2L個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,從而一步完成海量計(jì)算。
這種對(duì)計(jì)算問(wèn)題的描述方法大大降低了計(jì)算復(fù)雜性，因此建立在這種能力上的量子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力是傳 統(tǒng)計(jì)算機(jī)所無(wú)法相比的。例如一臺(tái)只有幾千量子比特的相對(duì)較小量子計(jì)算機(jī)就能破譯現(xiàn)存用來(lái)保證網(wǎng)上銀行和信用卡交易信息安全的所有公用密鑰密碼系統(tǒng)。因此，量子計(jì)算機(jī)會(huì)對(duì)現(xiàn)在的密碼系統(tǒng)造成極大威脅。不過(guò)，量子力學(xué)同時(shí)也提供了一個(gè)檢測(cè)信息交換是否安全的辦法，即量子密碼技術(shù)。
二、量子密碼技術(shù)的原理
從數(shù)學(xué)上講只要掌握了恰當(dāng)?shù)姆椒ㄈ魏蚊艽a都可破譯。此外，由于密碼在被竊聽(tīng)、破解時(shí)不會(huì)留下任何痕跡，用戶無(wú)法察覺(jué)，就會(huì)繼續(xù)使用同地址、密碼來(lái)存儲(chǔ)傳輸重要信息，從而造成更大損失。然而量子 理論 將會(huì)完全改變這一切。
自上世紀(jì)90年代以來(lái) 科學(xué) 家開(kāi)始了量子密碼的 研究 。因?yàn)椴捎昧孔用艽a技術(shù)加密的數(shù)據(jù)不可破譯，一旦有人非法獲取這些信息,使用者就會(huì)立即知道并采取措施。無(wú)論多么聰明的竊聽(tīng)者在破譯密碼時(shí)都會(huì)留下痕跡。更驚嘆的是量子密碼甚至能在被竊聽(tīng)的同時(shí)自動(dòng)改變。毫無(wú)疑問(wèn)這是一種真正安全、不可竊聽(tīng)破譯的密碼。
以往密碼學(xué)的理論基礎(chǔ)是數(shù)學(xué)，而量子密碼學(xué)的理論基礎(chǔ)是量子力學(xué)，利用物 理學(xué) 原理來(lái)保護(hù)信息。其原理是“海森堡測(cè)不準(zhǔn)原理”中所包含的一個(gè)特性，即當(dāng)有人對(duì)量子系統(tǒng)進(jìn)行偷窺時(shí)，同時(shí)也會(huì)破壞這個(gè)系統(tǒng)。在量子物理學(xué)中有一個(gè)“海森堡測(cè)不準(zhǔn)原理”,如果人們開(kāi)始準(zhǔn)確了解到基本粒子動(dòng)量的變化，那么也就開(kāi)始喪失對(duì)該粒子位置變化的認(rèn)識(shí)。所以如果使用光去觀察基本粒子,照亮粒子的光(即便僅一個(gè)光子)的行為都會(huì)使之改變路線,從而無(wú)法發(fā)現(xiàn)該粒子的實(shí)際位置。從這個(gè)原理也可知，對(duì)光子來(lái)講只有對(duì)光子實(shí)施干擾才能“看見(jiàn)”光子。因此對(duì)輸運(yùn)光子線路的竊聽(tīng)會(huì)破壞原通訊線路之間的相互關(guān)系,通訊會(huì)被中斷,這實(shí)際上就是一種不同于傳統(tǒng)需要加密解密的加密技術(shù)。在傳統(tǒng)加密交換中兩個(gè)通訊對(duì)象必須事先擁有共同信息——密鑰，包含需要加密、解密的算法數(shù)據(jù)信息。而先于信息傳輸?shù)拿荑€交換正是傳統(tǒng)加密協(xié)議的弱點(diǎn)。另外,還有“單量子不可復(fù)制定理”。它是上述原理的推論,指在不知道量子狀態(tài)的情況下復(fù)制單個(gè)量子是不可能的,因?yàn)橐獜?fù)制單個(gè)量子就必須先做測(cè)量,而測(cè)量必然會(huì)改變量子狀態(tài)。根據(jù)這兩個(gè)原理,即使量子密碼不幸被電腦黑客獲取,也會(huì)因測(cè)量過(guò)程中對(duì)量子狀態(tài)的改變使得黑客只能得到一些毫無(wú)意義的數(shù)據(jù)。
量子密碼就是利用量子狀態(tài)作為信息加密、解密的密鑰，其原理就是被愛(ài)因斯坦稱為“神秘遠(yuǎn)距離活動(dòng)”的量子糾纏。它是一種量子力學(xué)現(xiàn)象，指不論兩個(gè)粒子間距離有多遠(yuǎn)，一個(gè)粒子的變化都會(huì) 影響 另一個(gè)粒子。因此當(dāng)使用一個(gè)特殊晶體將一個(gè)光子割裂成一對(duì)糾纏的光子后，即使相距遙遠(yuǎn)它們也是相互聯(lián)結(jié)的。只要測(cè)量出其中一個(gè)被糾纏光子的屬性，就容易推斷出其他光子的屬性。而且由這些光子產(chǎn)生的密碼只有通過(guò)特定發(fā)送器、吸收器才能閱讀。同時(shí)由于這些光子間的“神秘遠(yuǎn)距離活動(dòng)”獨(dú)一無(wú)二，只要有人要非法破譯這些密碼，就會(huì)不可避免地?cái)_亂光子的性質(zhì)。而且異動(dòng)的光子會(huì)像警鈴一樣顯示出入侵者的蹤跡，再高明的黑客對(duì)這種加密技術(shù)也將一籌莫展。
三、量子密碼技術(shù)在 網(wǎng)絡(luò) 支付中的 發(fā)展 與 應(yīng)用
由于量子密碼技術(shù)具有極好的市場(chǎng)前景和 科學(xué) 價(jià)值，故成為近年來(lái)國(guó)際學(xué)術(shù)界的一個(gè)前沿 研究 熱點(diǎn)，歐洲、北美和日本都進(jìn)行了大量的研究。在一些前沿領(lǐng)域量子密碼技術(shù)非常被看好，許多針對(duì)性的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)正在進(jìn)行。例如美國(guó)的BBN多種技術(shù)公司正在試驗(yàn)將量子密碼引進(jìn)因特網(wǎng)，并抓緊研究名為“開(kāi)關(guān)”的設(shè)施，使用戶可在因特網(wǎng)的大量加密量子流中接收屬于自己的密碼信息。應(yīng)用在 電子 商務(wù)中，這種設(shè)施就可以確保在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)支付時(shí)用戶密碼等各重要信息的安全。
2007年3月國(guó)際上首個(gè)量子密碼通信網(wǎng)絡(luò)由我國(guó)科學(xué)家郭光燦在北京測(cè)試運(yùn)行成功。這是迄今為止國(guó)際公開(kāi)報(bào)道的惟一無(wú)中轉(zhuǎn)、可同時(shí)任意互通的量子密碼通信網(wǎng)絡(luò)，標(biāo)志著量子保密通信技術(shù)從點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式向網(wǎng)絡(luò)化邁出了關(guān)鍵一步。2007年4月日本的研究小組利用商業(yè)光纖線路成功完成了量子密碼傳輸?shù)尿?yàn)證實(shí)驗(yàn)，據(jù)悉此研究小組還 計(jì)劃在2010年將這種量子密碼傳輸技術(shù)投入使用，為 金融 機(jī)構(gòu)和政府機(jī)關(guān)提供服務(wù)。
隨著量子密碼技術(shù)的發(fā)展，在不久的將來(lái)它將在網(wǎng)絡(luò)支付的信息保護(hù)方面得到廣泛應(yīng)用，例如獲取安全密鑰、對(duì)數(shù)據(jù)加密、信息隱藏、信息身份認(rèn)證等。相信未來(lái)量子密碼技術(shù)將在確保電子支付安全中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。
參考 文獻(xiàn) :
[1]王阿川宋辭等:一種更加安全的密碼技術(shù)——量子密碼[J]. 中國(guó) 安全科學(xué)學(xué)報(bào),2007,17(1):107～110
[2]趙千川譯:量子 計(jì)算 和量子信息[M].北京:清華大學(xué)出版社,2004
[3]朱煥東黃春暉:量子密碼技術(shù)及其應(yīng)用[J].國(guó)外電子測(cè)量技術(shù),2006,25(12):1～5
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