梁國旗

摘 要：本文研究就是從現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)的實(shí)際安全現(xiàn)狀出發(fā)，并結(jié)合量子計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)防火墻技術(shù)，科學(xué)系統(tǒng)地論證了研究出一種新的網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)的必要性和重要性。旨在運(yùn)用量子特性和網(wǎng)絡(luò)防火墻技術(shù)，構(gòu)建出一套全新的、滿足無條件安全的網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)，營造出一種基于網(wǎng)絡(luò)的和諧溝通、安全溝通新氛圍，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)廣大網(wǎng)友一直迫切期盼的安全溝通夢(mèng)。

關(guān)鍵詞：電子計(jì)算機(jī)；網(wǎng)絡(luò)防火墻；技術(shù)原理

當(dāng)前，電子計(jì)算機(jī)領(lǐng)域正處于飛速發(fā)展時(shí)期，由于其方便、快捷性深受廣大用戶的追捧。越來越多的人們選擇計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)作為全新的工作與生活方式。隨著網(wǎng)絡(luò)客戶群的不斷拓展，這種快捷的溝通方式的需求量也是與日俱增，針對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全的各種保護(hù)方式更是五花八門。但正所謂有得必有失，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)雖然方便、快捷，其安全性卻一直令人擔(dān)憂。網(wǎng)絡(luò)詐騙、資金竊取與流失現(xiàn)場(chǎng)更是屢見不鮮。我們都知道，現(xiàn)代人無論身處何時(shí)何地，都需要記住各種密碼，電腦的開機(jī)密碼、網(wǎng)絡(luò)的連接密碼、網(wǎng)絡(luò)安全的登錄密碼、保護(hù)密碼等等。然而，在擁有高超破譯技術(shù)的黑客面前，一切的密碼往往只是一些簡(jiǎn)單數(shù)字的組合。也正是因?yàn)槿绱?，選擇一種安全、有效的保護(hù)方式，便顯得尤為重要。那么，運(yùn)用什么樣的網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)才能真正克制黑客們攻擊呢？各國科學(xué)家都將目光轉(zhuǎn)向了網(wǎng)絡(luò)防火墻技術(shù)。

1 電子計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)防火墻技術(shù)原理

本文試圖結(jié)合量子的糾纏特性、隱形傳態(tài)技術(shù)、相干性理論以及測(cè)不準(zhǔn)原理等量子特性，并適當(dāng)?shù)倪\(yùn)用一些經(jīng)典網(wǎng)絡(luò)防火墻技術(shù)，如BB84協(xié)議、量子指紋函數(shù)等，對(duì)現(xiàn)有的網(wǎng)上系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。再進(jìn)一步對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行可行性分析、安全性分析以及攻擊測(cè)試等。使其能夠抵抗未來可能存在的量子計(jì)算機(jī)的超強(qiáng)運(yùn)算能力的攻擊。從而構(gòu)建一套全新的、高性能、高安全性并且不受計(jì)算資源限制的網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)。本文將采用以基礎(chǔ)研究為主，理論研究與實(shí)踐相結(jié)合的研究方法，實(shí)時(shí)跟蹤國內(nèi)外最新的研究成果，結(jié)合已有的研究成果，開展創(chuàng)新性研究。主要內(nèi)容包括：①網(wǎng)絡(luò)安全服務(wù)；②網(wǎng)絡(luò)身份認(rèn)證，客戶間的身份認(rèn)證以及銀行與客戶間的身份認(rèn)證；③實(shí)體間的數(shù)字簽名，銀行與客戶間通過數(shù)字簽名確定溝通信息；④安全性與攻擊分析，對(duì)系統(tǒng)安全進(jìn)行全面、系統(tǒng)的分析和評(píng)估。另外，本課題還將嘗試設(shè)計(jì)一種牢不可破的量子公鑰密碼體制，實(shí)現(xiàn)對(duì)溝通信息的安全加密，為信息的安全傳輸保駕護(hù)航。即擬以跨行轉(zhuǎn)賬為設(shè)計(jì)起點(diǎn)，完成包括行內(nèi)轉(zhuǎn)賬在內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)安全的基本框架的構(gòu)建；再通過量子數(shù)字證書模塊化完成身份認(rèn)證、數(shù)字簽名和公鑰加密等系統(tǒng)外圍的功能設(shè)計(jì)。

（1）網(wǎng)絡(luò)保護(hù)研究

利用量子糾纏、加密技術(shù)實(shí)現(xiàn)包括網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)雛形的構(gòu)建。利用兩組GHZ三重態(tài)，結(jié)合量子隱形傳態(tài)技術(shù)，可以初步實(shí)現(xiàn)Alice向自己所在銀行Charlie申請(qǐng)向Bob的銀行賬戶中轉(zhuǎn)入電子現(xiàn)金m，Bob的注冊(cè)銀行是David。

（2）網(wǎng)絡(luò)身份認(rèn)證

為了防止第三方的入侵攻擊，該課題必須完成客戶間的身份認(rèn)證和銀行與客戶間的身份認(rèn)證。提出一種量子數(shù)字證書，并結(jié)合量子公鑰加密和量子數(shù)字簽名技術(shù)實(shí)現(xiàn)身份認(rèn)證過程。

（3）實(shí)體間的數(shù)字簽名

結(jié)合上步提到的量子數(shù)字證書，實(shí)現(xiàn)銀行與客戶間的數(shù)字簽名。簽名者利用自身的私鑰，并結(jié)合量子控制非門和一個(gè)量子基態(tài)完成簽名過程；簽名認(rèn)證者結(jié)合量子數(shù)字證書中的公鑰和簽名，采用適當(dāng)?shù)耐队皽y(cè)量、糾纏和解糾纏技術(shù)，分兩個(gè)階段對(duì)簽名信息進(jìn)行驗(yàn)證，即簽名者的驗(yàn)證階段和簽名的溝通信息的驗(yàn)證階段。

（4）安全性與攻擊分析

要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全的安全溝通夢(mèng)，確保溝通安全是重中之重。在本課題研究過程中，另一項(xiàng)主要工作是分別從內(nèi)部欺騙和第三者攻擊兩個(gè)角度，并進(jìn)一步從經(jīng)典攻擊和量子攻擊兩個(gè)攻擊側(cè)面對(duì)系統(tǒng)安全進(jìn)行全面的分析和評(píng)估。

2 電子計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)防火墻技術(shù)應(yīng)用研究

網(wǎng)絡(luò)防火墻技術(shù)具備經(jīng)典加密技術(shù)無法比擬的安全特性，當(dāng)然也具有極好的市場(chǎng)前景和科學(xué)研究?jī)r(jià)值，故成為近年來國際學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)，歐洲、北美和日本等國家都進(jìn)行了大量的相關(guān)研究。尤其是在一些前沿領(lǐng)域，網(wǎng)絡(luò)防火墻技術(shù)被各國研究者們爭(zhēng)相追捧，許多針對(duì)性的應(yīng)用研究和實(shí)驗(yàn)也在不斷進(jìn)行中。全球首個(gè)多用戶量子通信網(wǎng)的實(shí)驗(yàn)是1997年由Towsend等人完成的，該實(shí)驗(yàn)用一種量子的通信終端設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)控制部件，運(yùn)用光功分器對(duì)多用戶的密鑰進(jìn)行分發(fā)。2004年，美國國防部高級(jí)研究計(jì)劃署構(gòu)建了全世界首個(gè)量子通信網(wǎng)絡(luò)，連接了位于BBN公司、美國哈佛大學(xué)和波斯頓大學(xué)的6個(gè)終端服務(wù)器。2010年，日本的幾家公司和東芝歐洲研究中心、瑞士ID Quantique、奧地利All Vienna研究組共同建成東京量子密碼分發(fā)網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)間的最快通信速率能夠達(dá)到了304kbps。

在國內(nèi)，近年也有大量研究者們參與到該領(lǐng)域的研究中去，目前主要的中堅(jiān)力量有中國科學(xué)院物理與數(shù)學(xué)研究所、中國科學(xué)院數(shù)學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)研究院、清華大學(xué)等，與國外相比，研究人員相對(duì)較少。但研究成果豐碩，中國科學(xué)院研究員陳澤乾和汪壽陽提出了對(duì)沖定價(jià)的量子方案，多方位的討論和研究了單期金融市場(chǎng)的量子對(duì)沖問題。他們不但論證了二項(xiàng)式金融市場(chǎng)的量子模型“風(fēng)險(xiǎn)中性世界”是有無窮多個(gè)量子態(tài)的而且還進(jìn)行了相應(yīng)的描述；另外，還研究了量子市場(chǎng)模型的對(duì)沖問題并進(jìn)一步證明了單期量子市場(chǎng)是不完備的。2009年，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)在安徽蕪湖建成了世界上的首個(gè)“量子政務(wù)網(wǎng)”，該網(wǎng)絡(luò)預(yù)設(shè)置了四個(gè)全通的主網(wǎng)節(jié)點(diǎn)和三個(gè)子網(wǎng)用戶節(jié)點(diǎn)和一個(gè)專用于攻擊檢測(cè)的輔助節(jié)點(diǎn)。2011年田原、溫曉軍等人提出了一種基于量子群簽名和盲簽名的電子保護(hù)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案。值得提出的是，2012年中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)又宣布在安徽合肥建成了包含46個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的城域量子通信網(wǎng)。同年的2月，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)和新華社又共同研發(fā)并建成了“金融信息量子通信驗(yàn)證網(wǎng)”，并在新華社金融信息溝通所舉辦開通儀式，中共中央政治局委員、國務(wù)委員劉延?xùn)|出席儀式現(xiàn)場(chǎng)。

自2001年Zeng首次提出將GHZ三重態(tài)引入量子數(shù)字簽名的方案以來，國內(nèi)外研究者們紛紛將目光轉(zhuǎn)向與此，一時(shí)間掀起了量子數(shù)字簽名的研究熱潮。Zeng的方案要求溝通雙方各自和系統(tǒng)管理者都分別共享一對(duì)密鑰，但其缺點(diǎn)就是不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)人次的相互數(shù)字簽名，同時(shí)Zeng也證明了該協(xié)議的安全性；Gottesman后來又提出了一種基于量子單向函數(shù)的量子數(shù)字簽名的方案，該協(xié)議完成了多個(gè)體對(duì)同一量子簽名的驗(yàn)證過程，同時(shí)也證明了該方案是滿足無條件安全性的；Lee等人也隨后提出了一種基于消息復(fù)原的量子數(shù)字簽名的協(xié)議，該協(xié)議屬于有仲裁的數(shù)字簽名方式。這些研究成果對(duì)本項(xiàng)目具有深遠(yuǎn)的的啟發(fā)作用和參考價(jià)值。我們有理由相信隨著量子保密通信技術(shù)的不斷發(fā)展，未來網(wǎng)絡(luò)防火墻技術(shù)將在確保電子保護(hù)安全中將發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。不久的將來，一成套安全、有效的網(wǎng)絡(luò)防火墻技術(shù)將會(huì)在網(wǎng)絡(luò)保護(hù)和電子商務(wù)系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。

3 結(jié)語

本文介紹的網(wǎng)絡(luò)防火墻技術(shù)以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)客戶的安全溝通夢(mèng)為背景，擬結(jié)合量子糾纏特性、隱形傳態(tài)和網(wǎng)絡(luò)防火墻技術(shù)等量子信息理論和技術(shù)，試圖構(gòu)建一種全新的滿足無條件安全的網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)，從而完成一種基于量子保密通信的真正牢不可破的網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。并為商業(yè)銀行提供理論和技術(shù)參考，最終實(shí)現(xiàn)廣大用戶所殷切期盼的網(wǎng)絡(luò)安全的安全溝通夢(mèng)。

參考文獻(xiàn)

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