未来安全密码——量子密码术及其发展概述
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安全 性 就 成 为 首先 考 虑 的 问题 之 一 ， 这给 量子 密码 的应 用提 供 了 巨大 的 空 间 。
【 关键词】密码学 研 究பைடு நூலகம்展
发展 方向
目前 在 量 子 密码 术 实验 研 究 上 进 展 最 快 的 国 家 为 英 国 、 士 和 美 国。 瑞
自从人 类 有 了通 信 的 需 要 以来 ， 样 在 通 信 中保 密 以 及 如 何 破 译 密 码 怎
定理 ， 任何 窃 听者 的存 在 都 会被 发 现 ， 而保 证 密 码 本 的 绝 对 安 全 ， 就 保 公 室 之 间 建 立量 子 密码 通 信 的 网络 。 从 也
证 了加密信息 的绝对安全。 在中国， 量子 密码通信 的研究虽然起步较晚 ， 已取得 了不俗 的成果 。 但 Ｂ ８ 议 采用 四个 非 正 交 态 作 为 量 子 信 息 态 ， 这 四 个 态 分 属 于 两 中科 院物 理 所 于 １９ Ｂ ４协 且 ９ ５年 以 Ｂ ８ Ｂ ４方 案 在 国 内首 次做 了 演 示 性 实 验 。 东 师 华 组共轭基 ， 每组基内的两个态是相互正交 的。两组基互 为共轭是指一组基 范大学用 Ｂ ２方案做 了在距离较短 的自由空间里实验 。２０ ９ ００年 。 中科院物 中的任一基矢在另一组基 中的任何基 矢上 的投影都相 等。光子 的线偏振 理所 与研究生院合作 ， ８ ０纳米的单模光纤 中完成了 １ １公里 的量子密 在 ５ ．
、
量子密码术 的核心 ： 量子密钥分配原理
量 子 密码 术 是 密 码 术 与 量 子 力学 结 合 的 产 物 ， 利 用 了系 统 所 具 有 的 它
量子性质。首 先想 到 将量 子物 理 用于 密码 术 的 是美 国科 学 家 Ｗｉ ｎｒ 行 了实地表演， ｅ ｅ。 ｓ 误码率 为 ３４ ． ％。１９ ９ ７年 ， 们利用 Ｆ ｒ ａ 他 ａａ ｙ镜消除 了光纤 ｄ Ｗｉ ｎｒ １７ 提 出 。 利用 单 量 子 态 制 造 不 可 伪造 的 “ 子 钞 票 ” 但 中的 双 折 射等 影 响 因素 ， 得 系 统 的稳 定 性 和 使 用 的 方便 性 大 大 提 高 。 ｅ ｅ 于 ９０年 ｓ 可 电 。 使 被 这个设想 的实现需要长时间保存单 量子态 ， 太现实。Ｂ ｎ ｅ 和 Ｂａｓｒ 称为“ 不 ｅｎｔ ｔ ｒｓａ ｄ 即插 即用” 的量子密码 方案。他们利用该方案成功演示了 ２ ｋ 的密 ３ｉ ｎ 在研究 中发现 ， 单量子态 虽然不好保 存但可 用于传 输信息。ｌ８ ９４年 ， ｅ一 钥传输 ， Ｂｎ 干涉度达 ９ ．％ ， ９ ８ 比特率为 ２ ｂ ／ ， ０ｋ ｉ ｓ误码率仅 为 １３ ％。１９ 年 ｔ ．５ ９８ ｎ ｔ和 Ｂａｓｒ ｅｔ ｒｓａｄ提出了第一个量 子密码术 方案 ， 为 Ｂ ８ 称 Ｂ ４方案 ， 由此迎来 美国的 ｌｓ ｌ ｓ国家实验 室的 Ｒ．． ｕｈ ｓ ｏ ｓ Ａ ｍｏ Ｊ Ｈ ｇｅ 等人用两 台 Ｍ —ｚ干涉仪 ， 但 了量子 密码术的新时期 。 使 用 Ｂ ２协议 ， 用衰减 为 ０３ ｂ ｋ ９ 使 ． ｄ／ ｍ的 １３ ． ｍ通信 光纤。 性能更好 的 Ｉ－ ｎ 量子密码 术并不用于传 输密文 ， 而是用于 建立 、 输密码本 。量子密 Ｇ Ａ 探 测器 ， 功地在 ８ ｍ 的地下 光缆 中进 行 了密钥传送 ， 码率仅 为 传 ａａ 成 ｋ 误 钥分配是量子密码术 的核心组成部分。在量子密钥分发 中， 总是用一个光 ９ ３ 同年 ， ． ％。 英国 Ｂ Ｔ实验 室 的 Ｔ ｗ ｓｎ ｏ ｎｅｄ等人 又将传 输距 离增 加到 了 ５ Ｏ 子携带一个比特 的信息 ， 根据量子力学 的不确定性原理 以及量 子不 可克隆 ｋ ｍ。这个长度 已经足 以让一所银 行和它 的分 支机构或者 政府各部 门的办
一
加 。然而 ， 瑞士 日内瓦大学的 Ｍｕｌｒ ｌ 等人于 １９ ｅ ９３年基于 Ｂ ８ Ｂ ４方案的偏振 编码方案 ， １ １ 在 ． 公里长的光 纤 中传输 １ ３微 米波长 的光子 。 ． 误码率仅 为
０５％ ， ．４ 并于 １９ ９５年 在 日内瓦 湖 底 铺 设 的 ２ ３公 里 长 民 用 光 通 信 光 缆 中进
謦 静
未 来 安 全 密 码 量 子 密 码 术 及 其 发 展 概 述
◆ 逯小录
（ 天水 师范学院物信学院 物理系）
【 摘要】 根据量子力学 中的海森伯不确定原理 ， 任何 窃听者都无 法做到 窃听量子 密码 通信 中的信 息而不被发现 。在 中 国， 量子 密码 通信 的研 究虽然起 步较 晚， 已取得 了不俗的成果 。时至今 日， 但 由于 Ｉｔ ｎｔ ｎ ｒｅ 及各种局域 网的开通 ， 行业务 中电子 支付 系统的广泛应 用等 ， ｅ 银
就 是 一 对永 恒 的话 题 。 现 在 常 用 的标 准 加 密 方 式 是 用 一 串 随 机 数 字 对 信 英 国 国 防 研 究部 于 １９ ９ ３年 首 先 在 光 纤 中实 现 了 基 于 Ｂ ８ Ｂ ４方 案 的相 位 编
息进行编码 ， 当这种加密被 恶意用户窃听 时， 不会 留下任何痕迹 ， 使得合 法 码量子 密钥分发 ， 光纤传输 长度 为 １ ０公里。这项 研究后来 转到英 国通讯 用户无法察觉 ， 而恶意用户 只要掌握 了恰 当的方法 ， 其任何 密码 都可 以被 实验室进行 ， １９ 到 ９ ５年经 多方 改进 ， ３ 在 ０公里长 的光纤传输中成功实现 了 破译成 明文。随着计 算机技术 的发展在使密码术 更复杂的同时 ， 也降低 了 量子密钥分发。与偏振编码相比， 相位 编码的好处是对光 的偏振态 要求不 破译 密码的难度。那么到底 什么样 的传输加 密方式 才是最安 全的 呢？在 那么苛刻 。在长距离的光纤传输 中， 的偏 振性会 退化 ， 光 造成 误码率 的增 量子理论支配的世界里 ， 这一切将会完全 改变。
【 关键词】密码学 研 究பைடு நூலகம்展
发展 方向
目前 在 量 子 密码 术 实验 研 究 上 进 展 最 快 的 国 家 为 英 国 、 士 和 美 国。 瑞
自从人 类 有 了通 信 的 需 要 以来 ， 样 在 通 信 中保 密 以 及 如 何 破 译 密 码 怎
定理 ， 任何 窃 听者 的存 在 都 会被 发 现 ， 而保 证 密 码 本 的 绝 对 安 全 ， 就 保 公 室 之 间 建 立量 子 密码 通 信 的 网络 。 从 也
证 了加密信息 的绝对安全。 在中国， 量子 密码通信 的研究虽然起步较晚 ， 已取得 了不俗 的成果 。 但 Ｂ ８ 议 采用 四个 非 正 交 态 作 为 量 子 信 息 态 ， 这 四 个 态 分 属 于 两 中科 院物 理 所 于 １９ Ｂ ４协 且 ９ ５年 以 Ｂ ８ Ｂ ４方 案 在 国 内首 次做 了 演 示 性 实 验 。 东 师 华 组共轭基 ， 每组基内的两个态是相互正交 的。两组基互 为共轭是指一组基 范大学用 Ｂ ２方案做 了在距离较短 的自由空间里实验 。２０ ９ ００年 。 中科院物 中的任一基矢在另一组基 中的任何基 矢上 的投影都相 等。光子 的线偏振 理所 与研究生院合作 ， ８ ０纳米的单模光纤 中完成了 １ １公里 的量子密 在 ５ ．
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量子密码术 的核心 ： 量子密钥分配原理
量 子 密码 术 是 密 码 术 与 量 子 力学 结 合 的 产 物 ， 利 用 了系 统 所 具 有 的 它
量子性质。首 先想 到 将量 子物 理 用于 密码 术 的 是美 国科 学 家 Ｗｉ ｎｒ 行 了实地表演， ｅ ｅ。 ｓ 误码率 为 ３４ ． ％。１９ ９ ７年 ， 们利用 Ｆ ｒ ａ 他 ａａ ｙ镜消除 了光纤 ｄ Ｗｉ ｎｒ １７ 提 出 。 利用 单 量 子 态 制 造 不 可 伪造 的 “ 子 钞 票 ” 但 中的 双 折 射等 影 响 因素 ， 得 系 统 的稳 定 性 和 使 用 的 方便 性 大 大 提 高 。 ｅ ｅ 于 ９０年 ｓ 可 电 。 使 被 这个设想 的实现需要长时间保存单 量子态 ， 太现实。Ｂ ｎ ｅ 和 Ｂａｓｒ 称为“ 不 ｅｎｔ ｔ ｒｓａ ｄ 即插 即用” 的量子密码 方案。他们利用该方案成功演示了 ２ ｋ 的密 ３ｉ ｎ 在研究 中发现 ， 单量子态 虽然不好保 存但可 用于传 输信息。ｌ８ ９４年 ， ｅ一 钥传输 ， Ｂｎ 干涉度达 ９ ．％ ， ９ ８ 比特率为 ２ ｂ ／ ， ０ｋ ｉ ｓ误码率仅 为 １３ ％。１９ 年 ｔ ．５ ９８ ｎ ｔ和 Ｂａｓｒ ｅｔ ｒｓａｄ提出了第一个量 子密码术 方案 ， 为 Ｂ ８ 称 Ｂ ４方案 ， 由此迎来 美国的 ｌｓ ｌ ｓ国家实验 室的 Ｒ．． ｕｈ ｓ ｏ ｓ Ａ ｍｏ Ｊ Ｈ ｇｅ 等人用两 台 Ｍ —ｚ干涉仪 ， 但 了量子 密码术的新时期 。 使 用 Ｂ ２协议 ， 用衰减 为 ０３ ｂ ｋ ９ 使 ． ｄ／ ｍ的 １３ ． ｍ通信 光纤。 性能更好 的 Ｉ－ ｎ 量子密码 术并不用于传 输密文 ， 而是用于 建立 、 输密码本 。量子密 Ｇ Ａ 探 测器 ， 功地在 ８ ｍ 的地下 光缆 中进 行 了密钥传送 ， 码率仅 为 传 ａａ 成 ｋ 误 钥分配是量子密码术 的核心组成部分。在量子密钥分发 中， 总是用一个光 ９ ３ 同年 ， ． ％。 英国 Ｂ Ｔ实验 室 的 Ｔ ｗ ｓｎ ｏ ｎｅｄ等人 又将传 输距 离增 加到 了 ５ Ｏ 子携带一个比特 的信息 ， 根据量子力学 的不确定性原理 以及量 子不 可克隆 ｋ ｍ。这个长度 已经足 以让一所银 行和它 的分 支机构或者 政府各部 门的办
一
加 。然而 ， 瑞士 日内瓦大学的 Ｍｕｌｒ ｌ 等人于 １９ ｅ ９３年基于 Ｂ ８ Ｂ ４方案的偏振 编码方案 ， １ １ 在 ． 公里长的光 纤 中传输 １ ３微 米波长 的光子 。 ． 误码率仅 为
０５％ ， ．４ 并于 １９ ９５年 在 日内瓦 湖 底 铺 设 的 ２ ３公 里 长 民 用 光 通 信 光 缆 中进
謦 静
未 来 安 全 密 码 量 子 密 码 术 及 其 发 展 概 述
◆ 逯小录
（ 天水 师范学院物信学院 物理系）
【 摘要】 根据量子力学 中的海森伯不确定原理 ， 任何 窃听者都无 法做到 窃听量子 密码 通信 中的信 息而不被发现 。在 中 国， 量子 密码 通信 的研 究虽然起 步较 晚， 已取得 了不俗的成果 。时至今 日， 但 由于 Ｉｔ ｎｔ ｎ ｒｅ 及各种局域 网的开通 ， 行业务 中电子 支付 系统的广泛应 用等 ， ｅ 银
就 是 一 对永 恒 的话 题 。 现 在 常 用 的标 准 加 密 方 式 是 用 一 串 随 机 数 字 对 信 英 国 国 防 研 究部 于 １９ ９ ３年 首 先 在 光 纤 中实 现 了 基 于 Ｂ ８ Ｂ ４方 案 的相 位 编
息进行编码 ， 当这种加密被 恶意用户窃听 时， 不会 留下任何痕迹 ， 使得合 法 码量子 密钥分发 ， 光纤传输 长度 为 １ ０公里。这项 研究后来 转到英 国通讯 用户无法察觉 ， 而恶意用户 只要掌握 了恰 当的方法 ， 其任何 密码 都可 以被 实验室进行 ， １９ 到 ９ ５年经 多方 改进 ， ３ 在 ０公里长 的光纤传输中成功实现 了 破译成 明文。随着计 算机技术 的发展在使密码术 更复杂的同时 ， 也降低 了 量子密钥分发。与偏振编码相比， 相位 编码的好处是对光 的偏振态 要求不 破译 密码的难度。那么到底 什么样 的传输加 密方式 才是最安 全的 呢？在 那么苛刻 。在长距离的光纤传输 中， 的偏 振性会 退化 ， 光 造成 误码率 的增 量子理论支配的世界里 ， 这一切将会完全 改变。