经典保密通信和量子保密通信区别

经典保密通信和量子保密通信区别

摘要：文章介绍了经典保密通信和量子保密通信区别，说明了两者的根本区别。经典保密通信安全性主要是依赖于完全依赖于密钥的秘密性，很难保证真正的安全。而量子密码通信是目前科学界公认唯一能实现绝对安全的通信方式，其主要依赖于基本量子力学效应和量子密钥分配协议。最后分析量子保密通信的前景和所要解决的问题。

关键词:量子通信、经典保密通信、量子保密通信、量子通信发展、量子通信前景

经典保密通信

一般而言，加密体系有两大类别，公钥加密体系与私钥加密体系。密码通信是依靠密钥、加密算法、密码传送、解密、解密算法的保密来保证其安全性.

它的基本目的使把机密信息变成只有自己或自己授权的人才能认得的乱码。具体操作时都要使用密码讲明文变为密文，称为加密，密码称为密钥。完成加密的规则称为加密算法。讲密文传送到收信方称为密码传送。把密文变为明文称为解密，完成解密的规则称为解密算法。如果使用对称密码算法，则K＝K’, 如果使用公开密码算法，则K 与K’不同。整个通信系统得安全性寓于密钥之中。公钥加密体

系基于单向函数(one way function)。即给定x，很容易计算出F (x)，但其逆运算十分困难。这里的困难是指完成计算所需的时间对于输入的比特数而言呈指数增加。

另一种广泛使用的加密体系则基于公开算法和相对前者较短的私钥。例如DES (Data Encryption Standard, 1977)使用的便是56位密钥和相同的加密和解密算法。这种体系的安全性，同样取决于计算能力以及窃听者所需的计算时间。事实上，1917年由Vernam提出的“一次一密乱码本”(one time pad) 是唯一被证明的完善保密系统。这种密码需要一个与所传消息一样长度的密码本，并且这一密码本只能使用一次。然而在实际应用中，由于合法的通信双方(记做Alice和Bob)在获取共享密钥之前所进行的通信的安全不能得到保证，这一加密体系未能得以广泛应用。

传统的加密系统，不管是对密钥技术还是公钥技术，其密文的安全性完全依赖于密钥的秘密性。密钥必须是由足够长的随机二进制串组成，一旦密钥建立起来，通过密钥编码而成的密文就可以在公开信道上进行传送。然而为了建立密钥，发送方与接收方必须选择一条安全可靠的通信信道，但由于截收者的存在，从技术上来说，真正的安全很难保证，而且密钥的分发总是会在合法使用者无从察觉的情况下被消极监听。

量子保密通信

量子密码学的理论基础是量子力学，而以往密码学的理

论基础是数学。与传统密码学不同，量子密码学利用物理学原理保护信息。首先想到将量子物理用于密码技术的是美国科学家威斯纳。威斯纳在“海森堡测不准原理”和“单量子不可复制定理”的基础上，逐渐建立了量子密码的概念。“海森堡测不准原理”是量子力学的基本原理，指在同一时刻以相同精度测定量子的位置与动量是不可能的，只能精确测定两者之一。“单量子不可复制定理”是“海森堡测不准原理”的推论，它指在不知道量子状态的情况下复制单个量子是不可能的，因为要复制单个量子就只能先作测量，测量这一量子系统会对该系统产生干扰并且会产生出关于该系统测量前状态的不完整信息。因此，窃听一量子通信信道就会产生不可避免的干扰，合法的通信双方则可由此而察觉到有人在窃听。量子密码术利用这一原理，使从未见过面且事先没有共享秘密信息的通信双方建立通信密钥，然后再采用shannon 已证明的是完善保密的一次一密钥密码通信，即可确保双方的秘密不泄漏。

量子密码术与传统的密码系统不同

它依赖于物理学作为安全模式的关键方面而不是数学。实质上，量子密码术是基于单个光子的应用和它们固有的量子属性开发的不可破解的密码系统，因为在不干扰系统的情况下无法测定该系统的量子状态。理论上其他微粒也可以用，只是光子具有所有需要的品质，它们的行为相对较好理解，同时又是最有前途的高带宽通讯介质光纤电缆的信息载

体。

量子密码学的理论基础是量子力学。

如果用量子密码学传递数据，则此数据将不会被任意撷取或被插入另一段具有恶意的数据，数据流将可以安全地被编码及译码。而编码及译码的工具就是随机的序列，也称为金钥。当前，量子密码研究的核心内容，就是如何利用量子技术在量子信道上安全可靠地分配密钥。

量子密码学与传统密码体制相比，量子密码学克服和传统密码学的主要六个方面的优势：

（1）已经实现的单向函数的逆计算算法的安全性并没有得到理论证明。

（2）随着计算能力的增强，所有单向函数都显得脆弱，因为计算能力的增强使蛮力攻击更可行。

（3）密钥生成期间密钥的安全性不能绝对保证。

（4）密钥分发期间密钥的安全性不能得到绝对保证。（5）密钥存储期间密钥的安全性不能得到绝对保障。（6）一旦一个加密受到安全威胁，安全通信的参与方不能通过一个明确的方法来发现这种威胁的发生。

量子密码学要走向真正的实用还面临着主要以下5个方面的技术挑战：

（1）光子源：BB84量子密钥协议的安全性取决于Alice和Bob生成和处理单个光子的能力。然而，要生成单个的光子

并不是一件容易的事。

（2）随机数发生器：量子密钥分发协议要求随机地设置所发出的光子的极化状态。如果用一个计算机来生成随机数，由于计算机是有限状态机，计算机的这一固有属性决定了不可能取得完全的随机性。

（3）量子中继器：由于存在探测器噪声和光纤损耗，当前量子密钥分发系统只能工作于40－60英里范围内。要想扩大这个距离，传统的中断器不能使用。

（4）低传输率：传输率由每秒钟正确传输的秘密位的个数来决定，量子密钥分发协议的工作原理决定了必须牺牲了部分传输位来用于验证，这些位不能用作密钥，导致量子密码学的传输效率相对较低。

（5）安全性：量子密钥分发协议已被成功地证明是安全的。但一般而言，一个特定技术的实现总是令人怀疑的。

量子密码通信系统的前景及方向：

1、量子密码通信的新领域：如签名，身份认证等。

2、增加传输距离：这样才会有更大的发展空间。

3、提高比特传输率。

4、小型化，集成化。

总之，随着单光子探测等技术的不断发展，量子密码通信技术在全光网络和卫星通信等领域的应用潜力会不断挖掘并成为现实，当量子计算机成为现实时经典密码体制将无安全可言，量子密码术将成为保护数据安全的最佳选择之一。因此，对量子保密通信技术以及为合法通信者间的安全通信的