量子密碼技術論文(2)
量子通信技術論文篇二
量子密碼技術在網絡支付安全中的應用
[摘要] 本文主要介紹量子密碼技術的出現、基本原理,以及在 網絡 支付安全中的 應用 。
[關鍵詞] 網絡支付 信息安全 量子 計算 量子密碼
目前 電子 商務日益普及,電子貨幣、電子支票、信用卡等綜合網絡支付手段已經得到普遍使用。在網絡支付中,隱私信息需要防止被竊取或盜用。同時,訂貨和付款等信息被競爭對手獲悉或篡改還可能喪失商機等。因此在網絡支付中信息均有加密要求。
一、量子計算
隨著 計算機的飛速 發(fā)展 ，破譯數學密碼的難度也在降低。若能對任意極大整數快速做質數分解，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 對整數做質數分解，其復雜度是此整數位數的指數函數。正是如此巨額的計算復雜度保障了密碼系統(tǒng)的安全。
不過隨著量子計算機的出現,計算達到超高速水平。其潛在計算速度遠遠高于傳統(tǒng)的電子計算機，如一臺具有5000個左右量子位(qubit)的量子計算機可以在30秒內解決傳統(tǒng)超級計算機需要100億年才能解決的 問題 。量子位可代表了一個0或1,也可代表二者的結合,或是0和1之間的一種狀態(tài)。根據量子力學的基本原理,一個量子可同時有兩種狀態(tài),即一個量子可同時表示0和1。因此采用L個量子可一次同時對2L個數據進行處理,從而一步完成海量計算。
這種對計算問題的描述方法大大降低了計算復雜性，因此建立在這種能力上的量子計算機的運算能力是傳 統(tǒng)計算機所無法相比的。例如一臺只有幾千量子比特的相對較小量子計算機就能破譯現存用來保證網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，量子計算機會對現在的密碼系統(tǒng)造成極大威脅。不過，量子力學同時也提供了一個檢測信息交換是否安全的辦法，即量子密碼技術。
二、量子密碼技術的原理
從數學上講只要掌握了恰當的方法任何密碼都可破譯。此外，由于密碼在被竊聽、破解時不會留下任何痕跡，用戶無法察覺，就會繼續(xù)使用同地址、密碼來存儲傳輸重要信息，從而造成更大損失。然而量子 理論 將會完全改變這一切。
自上世紀90年代以來 科學 家開始了量子密碼的 研究 。因為采用量子密碼技術加密的數據不可破譯，一旦有人非法獲取這些信息,使用者就會立即知道并采取措施。無論多么聰明的竊聽者在破譯密碼時都會留下痕跡。更驚嘆的是量子密碼甚至能在被竊聽的同時自動改變。毫無疑問這是一種真正安全、不可竊聽破譯的密碼。
以往密碼學的理論基礎是數學，而量子密碼學的理論基礎是量子力學，利用物 理學 原理來保護信息。其原理是“海森堡測不準原理”中所包含的一個特性，即當有人對量子系統(tǒng)進行偷窺時，同時也會破壞這個系統(tǒng)。在量子物理學中有一個“海森堡測不準原理”,如果人們開始準確了解到基本粒子動量的變化，那么也就開始喪失對該粒子位置變化的認識。所以如果使用光去觀察基本粒子,照亮粒子的光(即便僅一個光子)的行為都會使之改變路線,從而無法發(fā)現該粒子的實際位置。從這個原理也可知，對光子來講只有對光子實施干擾才能“看見”光子。因此對輸運光子線路的竊聽會破壞原通訊線路之間的相互關系,通訊會被中斷,這實際上就是一種不同于傳統(tǒng)需要加密解密的加密技術。在傳統(tǒng)加密交換中兩個通訊對象必須事先擁有共同信息——密鑰，包含需要加密、解密的算法數據信息。而先于信息傳輸的密鑰交換正是傳統(tǒng)加密協(xié)議的弱點。另外,還有“單量子不可復制定理”。它是上述原理的推論,指在不知道量子狀態(tài)的情況下復制單個量子是不可能的,因為要復制單個量子就必須先做測量,而測量必然會改變量子狀態(tài)。根據這兩個原理,即使量子密碼不幸被電腦黑客獲取,也會因測量過程中對量子狀態(tài)的改變使得黑客只能得到一些毫無意義的數據。
量子密碼就是利用量子狀態(tài)作為信息加密、解密的密鑰，其原理就是被愛因斯坦稱為“神秘遠距離活動”的量子糾纏。它是一種量子力學現象，指不論兩個粒子間距離有多遠，一個粒子的變化都會 影響 另一個粒子。因此當使用一個特殊晶體將一個光子割裂成一對糾纏的光子后，即使相距遙遠它們也是相互聯結的。只要測量出其中一個被糾纏光子的屬性，就容易推斷出其他光子的屬性。而且由這些光子產生的密碼只有通過特定發(fā)送器、吸收器才能閱讀。同時由于這些光子間的“神秘遠距離活動”獨一無二，只要有人要非法破譯這些密碼，就會不可避免地擾亂光子的性質。而且異動的光子會像警鈴一樣顯示出入侵者的蹤跡，再高明的黑客對這種加密技術也將一籌莫展。
三、量子密碼技術在 網絡 支付中的 發(fā)展 與 應用
由于量子密碼技術具有極好的市場前景和 科學 價值，故成為近年來國際學術界的一個前沿 研究 熱點，歐洲、北美和日本都進行了大量的研究。在一些前沿領域量子密碼技術非常被看好，許多針對性的應用實驗正在進行。例如美國的BBN多種技術公司正在試驗將量子密碼引進因特網，并抓緊研究名為“開關”的設施，使用戶可在因特網的大量加密量子流中接收屬于自己的密碼信息。應用在 電子 商務中，這種設施就可以確保在進行網絡支付時用戶密碼等各重要信息的安全。
2007年3月國際上首個量子密碼通信網絡由我國科學家郭光燦在北京測試運行成功。這是迄今為止國際公開報道的惟一無中轉、可同時任意互通的量子密碼通信網絡，標志著量子保密通信技術從點對點方式向網絡化邁出了關鍵一步。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的驗證實驗，據悉此研究小組還 計劃在2010年將這種量子密碼傳輸技術投入使用，為 金融 機構和政府機關提供服務。
隨著量子密碼技術的發(fā)展，在不久的將來它將在網絡支付的信息保護方面得到廣泛應用，例如獲取安全密鑰、對數據加密、信息隱藏、信息身份認證等。相信未來量子密碼技術將在確保電子支付安全中發(fā)揮至關重要的作用。
參考 文獻 :
[1]王阿川宋辭等:一種更加安全的密碼技術——量子密碼[J]. 中國 安全科學學報,2007,17(1):107～110
[2]趙千川譯:量子 計算 和量子信息[M].北京:清華大學出版社,2004
[3]朱煥東黃春暉:量子密碼技術及其應用[J].國外電子測量技術,2006,25(12):1～5
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