隨著全球首顆量子科學實驗衛星“墨子號”的升空,量子通訊再度成為媒體關注的熱點。正面積極的評價是主流。其實也免不了有一些批評和指責的聲音,這在一個相對開放的社會也非常正常,有時侯也是有益的。并且近來網路上有兩個指責量子通訊的觀點是錯誤的,散播這種觀點的人士又自詡密碼學專家,這就值得我們認真剖析和辨駁,把真相還給大眾。
她們反對量子通訊的主要理由是:通訊的首要目的是穩定性,傳統的通訊手段雖然有安全隱患但起碼能保證穩定的交流信息,而量子通信的訊號安全是以犧牲通信的穩定性為代價的,有了敵手就干不成事的量子通信系統最終也只能淪為一個擺飾。
這些穩定壓倒安全的謬誤似乎有理,實則上是根本經不起推敲的。試問:一條重要軍事行動的指令,或則是一件機密外交文件,莫非傳達到位是首要任務,信息安全是次要的?信息無論怎樣先要送出,即便全軍覆沒,即便自己的戰略情報員被曝露?世界上有這樣考慮問題的軍政首腦嗎?
其實通訊的穩定可靠也重要,即使軍事行動的保密性仍然是第一位的,但命令不能及時上傳下達其實也不許可。而量子通訊卻卻是穩定可靠的,起碼一點也不比傳統方法差。反對量子通訊的人士總把量子通訊描述得像紅樓夢中的林哥哥一樣弱不禁風,實在荒謬之極。她們的邏輯是:精密復雜的系統都是不穩定的,以靠單個光子工作的量子通訊是非常精密復雜的,因此量子通訊是不穩定的。錯!這個三段論推理錯在前提上。明日天空中的客機和屋內的電視機比上世紀的都要精密復雜得多,誰說它們沒有先前的穩定可靠?我是做計算機出身,七十年代出廠的DJS-130大型計算機,使用單位必須成立一個小組來維護,明天你我手中的計算機不知要比它精密復雜多少倍,那里又不穩定不可靠了?莫非你屋內也請了一個筆記本維護班?
這種謬誤雖然都不值一駁,只能當笑話聽聽。下邊作更深入一點的剖析,以證明量子通訊實際上是可以做得穩定可靠的,起碼一點也不比傳統通訊方法差。不少人覺得量子通訊靠的是單光子傳輸,監聽者的行為改變了光子的狀態,會中斷正常的通訊。又錯!量子通訊雖然只是分發對稱秘鑰,通訊雙方首先取得一致認可的對稱秘鑰,雙方隨后的大量信息交換實際上是在傳統通訊網路上進行的,其實這種信息都是經由上述的對稱秘鑰加密和揭秘,得到了充分的保護。既然量子通訊中信息的傳輸依然在傳統通訊網路上,為何它就是不穩定的呢,難道“量子”兩字是四類分子的圍巾,帶了這頂鴨舌帽做哪些都是一個錯?
這么竊密者干涉破壞量子秘鑰分配,又會帶來多少不穩定誘因呢?首先應當強調,雖然量子秘鑰分配訊道上存在各類技術和人為的干涉,許多傳送的光子要遺棄,傳輸效率不高,但BB84通訊合同就是根據這樣的環境來設計的,“傳輸效率低”不等同于”不穩定”,只要有足夠的時間,總能得到充分多的絕對可靠的的對稱秘鑰。有時侯得到的秘鑰還可以編好號儲存上去,以備不時之需。請問這樣的量子通訊系統又有哪一處不如傳統通訊穩定?嚴格來說,通訊訊道的評估用的是平均速度、瞬間最高速率和響應時間等參數,未曾據說過哪些穩定性,不知它是個哪些東東,量綱又是哪些?還煞有介事談論穩定性與安全性兼容,真是不知所云。作者是不是密碼學專家我沒有資格衡量,但作者絕對是現代通訊學的外行,這點基本可以肯定。
讀到這兒,反量子通訊的可能真有些絕望了,但她們還有最后一招的:我暴力干涉,秒秒分分不停頓,天天月月無休止,讓你根本沒法交換秘鑰,看你怎樣辦?這些圖窮匕見的下三濫手段實際上是根本不用答理的。
試問誰又有這樣的能力(暴力?)長時期阻斷量子秘鑰傳輸線路?局外人是根本做不到,莫非挺而走險,割斷光纖,籌建偽中繼站?這種手段最多得逞于一時,終究逃過澳網恢恢。我對中國近來的情況不太熟悉,但對意大利的聯邦郵政法和聯邦通信法規的嚴格和建立還是略有所知,這些局外人的暴力阻斷光纖或籌建偽中繼站案件真的是前所未聞。
假如系統中有內鬼如何辦?坦白地講,量子秘鑰分配技術防的就是內鬼,更正確的說是勾結外鬼的內鬼。由于只要有人在量子秘鑰分配信道上監聽,不管他是外鬼、內鬼、什么鬼(英語使用Eve一詞,十分傳神),只要監聽必被察覺,這部份密碼位全部扔掉,哪些損失也不會引起。真正做到“若要人不知,除非己莫為?!边@才是秘鑰配送安全的根本保證,通訊雙方有了安全可靠的對稱秘鑰,安全穩定地交換信息根本沒有任何問題。這么內鬼長時間不斷地監聽抵擋量子秘鑰配送怎么辦?這個問題還須要我來回答嗎?這樣傻的內鬼還是內鬼嗎,倒有些像黑旋風李逵,呵呵。
反對量子通訊的另一理由是:目前的私鑰密碼系統很安全,量子計算機的恐嚇是一種誤導,研究發展量子通訊完全是瞎折騰。
首先必須強調,私鑰密碼系統的安全問題來歷已久,遠在量子計算機概念出現之前。常用的私鑰密碼(如RSA)就被聯網的個人筆記本群攻陷,只要用微軟搜一下,立刻曉得私鑰密碼系統并不安全。近來日本技術標準局強烈建議把RSA私鑰從1024位提升到2048位,假如私鑰密碼系統真的沒有問題,她們不必多此一舉。提升私鑰密碼位數極大地降低了加密和揭秘所化的時間,給日常的應用帶來了眾多不便,卻并沒有從根本上制止黑客功擊的熱情和力度,增強私鑰位數給使用者平添的困難遠超對黑客的阻力,這才是私鑰密碼問題之所在。
正當私鑰密碼系統處于風雨飄搖、四面楚歌時,2014年的一條爆燃性新聞更是轟動了密碼學界,從加拿大國家安全局叛逃的斯諾頓披露了安全局有一個機密的項目Hard,計劃建造一臺破解私鑰密碼的專用量子計算機。假如如今誰還相信私鑰密碼系統是安全的,請自己去英國國家安全局的網站,先瞧瞧她們是怎樣在處理這場危機的[1]。莫非英國國家安全局也是在瞎折騰?
再讓我們瞧瞧密碼學界的動態,請先看右圖:密碼學界早已明晰把私鑰密碼系統分成兩大類,左列中都是目前常用的私鑰密碼,全被攻入“量子可破”的死域。也只有中國幾位反量子通訊的所謂密碼學專家院長還在拍胸膛擔保這種私鑰密碼一點問題也沒有,不知她們是假不懂還是真不懂,總之我也弄不懂她們。
圖中右列確有幾種私鑰密碼理論技巧被列為“量子不可破”。并且請注意:1)它們只是目前還未被攻克,并非被證明“量子不可破”。2)它們全部沒有步入實用階段,甚至未步入應用早期開發階段,很可能最后根本沒有實用價值。
在“量子不可破”的私鑰密碼系統中最受關注的是“-based”(基于阻格的加密法),密碼學界對該技巧的研究早已有二十多年了,但仍然在應用上沒有取得突破。其問題的本質是:該算法太復雜,運行效率低得難以使用;算法加以簡化后,效率急劇提高,幾乎可以與RSA抗衡,而且出現了嚴重的安全隱患。物理家還在私鑰密碼的效率和安全的兩難之間深受熬煎量子通訊儲存,密碼學權威說得好:宇宙就是一個熬煎之地,密碼學研究就是一個最好的例證[2]。由此可知,純粹應用物理方式改善私鑰密碼系統的前景黯淡。
讀到這兒,假如還有人覺得現有私鑰密碼系統固若金湯,我也只能無語了。反對發展量子通訊人士可能會說,起碼私鑰密碼現今還沒有被量子計算機攻陷,著哪些急?持這些觀點和心態實在十分吃大虧。
首先,你如何就這么肯定私鑰密碼未被量子專用計算機攻陷,莫非你有死黨在英國NSA里做主管?笑話!私鑰密碼與量子計算機是英國國家安全局的最高絕密,這方面的進展,她們會向全世界做每周例報?退一步,雖然私鑰密碼明天還沒有被量子計算機攻占,你能保證三年后也攻不破?就憑大家這幾個密碼學專家保證得了?假如現今不發展量子通訊技術,刀槍入庫、馬放南山,三年后私鑰密碼被專用量子計算機攻占,你如何辦?開發一種全新的密碼系統從試驗、推廣到投入應用起碼要十多年,這段時間中你就只能裸奔了,待會兒估計連哭的地方也沒有!
應當認識到,在這么嚴峻的國際態勢下,而目前的私鑰密碼系統又危機四伏,國家只能從最益處著想,竭力以赴創建自己的全新的密碼安全系統,這是惟一正確的選擇。人無遠慮必有近憂,千萬不能抱有僥幸心理,不可傍徨遲疑、患得患失,錯失時機將后患無窮。認準方向堅定不移地發展自已的量子通訊技術,這才是一個獨立自主的大國應當有的志向和責任。
量子密碼技術的應用和推廣肯定不會一帆風順,但這決不能成為反對發展量子通訊的理由。有人覺得在量子通訊方面歐美都沒有大的動作,憑哪些中國走在上面,中國一定是錯了,中國總歸是輸家。照這個邏輯,日本都沒有鐵路網,中國豈能建鐵路?這些論調似曾相戀,中國鐵路開建前后,這樣的聲音也以前不絕于耳。記得當時有這樣一種很流行的說法:鐵路上不少部件和材料是從西方買來的,人家都不建鐵路,中國建哪些建?如今同樣的論調又來了:量子通訊中使用的一些另件和儀器設備是西方進口的,她們都不建大規模的量子通訊網路,中國為何要建?我再一次無語。
有必要再度指出:與其它密碼技術不同,量子秘鑰分配技術從原理上保證秘鑰配送是安全的,量子通訊是穩定可靠的,加速發展量子通訊是非常必要的,是十分及時的,由于現有密碼系統早已到了最危險的時刻。工程施行中一定會有許多的問題量子通訊儲存,但原理與施行是完全不同的兩個概念,雖然施行中的技術問題可以逐漸解決,不可破譯的原理才是該項技術具有發展前途的根本保證,它使我們對量子秘鑰分配技術的將來飽含了信心。
希望進一步了解密碼學發展導論和量子秘鑰分配技術原理的讀者可以閱讀我不久前寫作的三篇有關文章:
拿哪些挽救你-危機四伏中的密碼系統
量子秘鑰分配技術-維護信息安全的忠誠衛士
關于“量子秘鑰分配技術”一文答讀者問
本文是應【觀察者網】約稿而作,首發于觀察者網8月26日首頁。
[1]On11(2015),theanpageonitswithanthatitplanstoshifttheofanddataawayfromtonewones,yettobe,thatcananby.
[2]Asforwhyandtobeso,said:“Theisanplace,andthisisjustofit.”