劉慶元

摘要：當(dāng)代社會，網(wǎng)絡(luò)通信已成為一日不可缺少的重要人類活動，網(wǎng)絡(luò)信息安全是網(wǎng)絡(luò)通信中最受關(guān)注的焦點(diǎn)，是國家安全的重要組成部分，正受愈來愈多的關(guān)注。當(dāng)前的電子計(jì)算機(jī)體系和互聯(lián)網(wǎng)信息傳輸加密方法存在缺陷，無法保障網(wǎng)絡(luò)信息的絕對安全。近年來，量子科技和量子通信迅速發(fā)展，有望從原理和技術(shù)上保障網(wǎng)絡(luò)信息傳輸?shù)慕^對安全，是未來通信和信息安全領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。該文對量子通信及其與網(wǎng)絡(luò)信息安全的內(nèi)在關(guān)系進(jìn)行了分析，目的在于為未來利用量子通信技術(shù)保障網(wǎng)絡(luò)安全提供指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：量子通信;量子計(jì)算機(jī);量子密鑰分發(fā);網(wǎng)絡(luò)信息安全

中圖分類號：TN918;TP309? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）19-0050-03

Quantum Communication and Internet Information Safety

LIU Qing-yuan

（School of Economics and Management， Xidian University， Xian 710126， China）

Abstract： The safety of internet， the important part for national safety， has become the most highlighted aspect during information communication in modern society， and information communication through internet is absolutely necessary for human activity. However， the information transport in absolute safety manner can not be certificated by the present computer and internet system due to their defect in principle and technique. Fortunately， it is hopeful to transport the information in absolute safe manner depend on quantum science and technology and quantum communication technique. They are regarded as the important research and development direction in the field of communication and information safety. In order to give some advice for safe internet information communication， we analyze the inner relationship between quantum communication and information safety through internet in this paper.

Key words： quantum communication; quantum computer; quantum key distribution; internet information safety

1 背景

通信是最古老的人類活動之一，始終滲透在政治、經(jīng)濟(jì)、軍事、外交和日常生活的各個(gè)方面，社會化程度越高，科技和文化越發(fā)達(dá)，越需要頻繁的信息交流與傳輸。在信息傳輸交流中，通信的可靠性、及時(shí)性和保密性是最受關(guān)注的特征。古代社會傳輸信息的方式主要有烽火臺、信鴿、役使等，近代則使用電報(bào)和電話等手段來傳遞溝通信息。20世紀(jì)的后半部分后以來，因?yàn)殡娮佑?jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)明及應(yīng)用，特別是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，現(xiàn)代社會進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，萬物互聯(lián)和移動通信給現(xiàn)代人的信息內(nèi)容交流及生產(chǎn)生活帶去了極大便捷，與此同時(shí)信息內(nèi)容保密及網(wǎng)絡(luò)安全還面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，社會機(jī)構(gòu)及大眾也對于網(wǎng)絡(luò)安全提出了更新的要求[1]。2013年發(fā)生的著名的“棱鏡門”事件，引起人們對于網(wǎng)絡(luò)安全和隱私泄露的巨大擔(dān)憂，大家意識到網(wǎng)絡(luò)信息安全面臨前所未有的巨大挑戰(zhàn)，給國家安全和公眾利益構(gòu)成巨大威脅，尋求新的網(wǎng)絡(luò)安全保障途徑成為現(xiàn)實(shí)迫切的需要。如何實(shí)現(xiàn)保密通信和網(wǎng)絡(luò)信息傳輸安全，既是一個(gè)科學(xué)問題，也是一個(gè)社會問題和經(jīng)濟(jì)問題。2016年8月16號，我國墨子號量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星成功發(fā)射，在全世界引起巨大反響，“量子”這個(gè)神秘的概念，在我國公眾面前開始掀起面紗。隨著量子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，量子計(jì)算機(jī)技術(shù)和量子通信被認(rèn)為是有望解決信息內(nèi)容傳輸過程中絕對安全的最佳路徑[2-3]，本文對量子通信以及網(wǎng)絡(luò)安全之間的關(guān)系以及進(jìn)展展開了分析以及討論，希望今后可以充分利用量子科學(xué)技術(shù)以及量子計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)絕對安全的信息內(nèi)容傳輸以及通信。

2 量子通信與量子計(jì)算機(jī)

2.1 量子與量子通信技術(shù)

德國物理學(xué)家普朗克最早在1900年提出了量子的概念，用于描述微觀世界的不連續(xù)現(xiàn)象，后來愛因斯坦等科學(xué)家相繼提出了一系列理論，建立了量子力學(xué)學(xué)科，使人類對于客觀世界的認(rèn)識提升到前所未有的水平。量子力學(xué)是專門研究微觀粒子運(yùn)動規(guī)律的學(xué)科，是近代物理的基礎(chǔ)理論之一。利用量子來進(jìn)行通信的思想主要由Bennett 等人于20世紀(jì)80～90 年代陸續(xù)提出， 重點(diǎn)內(nèi)容涵蓋量子密鑰分發(fā)（QKD） 和量子態(tài)隱形傳輸[2-3]。量子通信技術(shù)的核心概念是量子糾纏效應(yīng)與量子狀態(tài)信息化，其中量子糾纏效應(yīng)是指兩個(gè)以上的量子系統(tǒng)之間存在的非局域經(jīng)典關(guān)聯(lián)，一個(gè)量子的狀態(tài)變化總會引起另一個(gè)量子的狀態(tài)變化，并且不受量子距離大小的限制，而量子狀態(tài)信息化是指量子通信中的信息狀態(tài)，一般用相位狀態(tài)對量子狀態(tài)信息進(jìn)行描述[4]。量子通信技術(shù)的形式主要有量子隱形傳輸和量子密碼通信，目前量子密碼通信已經(jīng)在進(jìn)入實(shí)用化階段，正受到密切關(guān)注，量子隱形傳輸仍有待突破。量子密碼通信不需要傳輸介質(zhì)參與，而是以量子的狀態(tài)化信息作為密鑰， 通過“一次一密”的動態(tài)加密方式可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)方式的安全通信，這是經(jīng)典通信所做不到的[5]。量子密鑰分發(fā)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)量子保密通信的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，配合光開關(guān)等技術(shù)， 可以實(shí)現(xiàn)量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)化[6]。量子態(tài)隱形傳輸是利用量子糾纏態(tài)的分發(fā)與量子聯(lián)合測量去促成量子信息內(nèi)容的空間轉(zhuǎn)移而且不需要移動該類量子態(tài)的實(shí)際載體，與經(jīng)典通信中必須依靠物質(zhì)指標(biāo)體系的變動傳輸信息內(nèi)容有根本的區(qū)別。利用量子態(tài)隱形傳輸技術(shù)及量子計(jì)算技術(shù)的量子中繼器器件可以促成任意長距離的量子密鑰分發(fā)及網(wǎng)絡(luò)平臺實(shí)現(xiàn)[7]。量子通信可以利用量子態(tài)作為信息載體進(jìn)行信息交流和傳輸，能夠保障信息傳輸?shù)慕^對安全，非授權(quán)方不能復(fù)制與竊取量子信道內(nèi)傳遞的信息。人們之所以對量子通信給予極大關(guān)注，主要是由于量子通信產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用前景十分廣泛，主要涉及網(wǎng)絡(luò)信息安全、量子通信干線、量子城域網(wǎng)、金融、國防軍事等方面，其中網(wǎng)絡(luò)信息安全最受關(guān)注。量子通信是現(xiàn)階段國際物理學(xué)界及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與信息科學(xué)領(lǐng)域的研討熱點(diǎn)問題，我們已經(jīng)把新一代量子通信與網(wǎng)絡(luò)、腦科學(xué)、人工智能等當(dāng)作前沿科學(xué)領(lǐng)域展開規(guī)劃和戰(zhàn)略布局[3-4]，利用量子通信技術(shù)及裝備保證信息內(nèi)容傳輸安全及網(wǎng)絡(luò)安全是將來大有可為的高科技領(lǐng)域。