原標(biāo)題：探尋密碼的秘密!2024年量子密碼學(xué)術(shù)年會在南京召開

　　掌握“密鑰” 守護未來“飛書”安全

　　從數(shù)字密碼，到指紋識別、人臉識別、虹膜識別，新技術(shù)一直都在為信息安全傳遞努力。然而，幾乎每一種加密技術(shù)最終都會被破解。特別是隨著數(shù)學(xué)和計算能力的不斷提升，經(jīng)典密碼被破譯的可能性與日俱增。

　　那么，有沒有一種原理可以保障安全的保密通信，讓竊聽、破譯者無計可施?量子技術(shù)提供了一種可能方案。

　　7月13日至14日，由南京郵電大學(xué)承辦的中國密碼學(xué)會2024年量子密碼學(xué)術(shù)年會舉行，國內(nèi)量子密碼領(lǐng)域的專家學(xué)者、工程技術(shù)人員齊聚南京，共同為信息安全“加密”。

　　竊聽即留痕，

　　信息進入“安全艙”

　　量子，看上去屬于新事物，其實已經(jīng)存在了很久。1900年，德國物理學(xué)家普朗克提出量子概念。隨后，玻爾、薛定諤、海森堡等一批科學(xué)家奠定了量子力學(xué)的理論框架。隨之而來的是量子力學(xué)的建立。此后，又催生和發(fā)展起一系列量子通信、量子計算、量子精密測量等科學(xué)與技術(shù)，直接或間接改變、提升著人類獲取、傳輸、處理信息的方式和能力。

　　如今，隨著新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革深入發(fā)展，技術(shù)創(chuàng)新進入前所未有的密集活躍期，量子技術(shù)、人工智能等前沿技術(shù)集中涌現(xiàn)，引發(fā)鏈?zhǔn)阶兏铩?/p>

　　“量子網(wǎng)絡(luò)既包含量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)，也包含著正在發(fā)展的其他功能應(yīng)用場景，比如安全傳遞量子信號、高效處理量子信號、更靈敏感知經(jīng)典信號?！敝袊茖W(xué)院院士尹浩表示。

　　在日常生產(chǎn)生活中，通信無處不在，保障網(wǎng)絡(luò)和信息安全具有重要意義。量子通信又是如何做到保密的呢?

　　中國密碼學(xué)會量子密碼專業(yè)委員會主任委員、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)韓正甫教授告訴記者，保密通信的原理在于，唯有掌握密鑰，才能輕易重現(xiàn)傳遞的信息。信息的安全性主要依賴于密鑰的秘密性。量子密鑰分發(fā)就是一把特別的“量子鑰匙”，它的安全性建立在量子力學(xué)基本原理之上。

　　以往的經(jīng)典加密技術(shù)大多數(shù)建立在數(shù)學(xué)計算的基礎(chǔ)上，所以在很多電視劇中，密碼加密與解密團隊需要“數(shù)學(xué)天才”來進行大量運算與解題。到了20世紀(jì)90年代，美國數(shù)學(xué)家肖爾證明，量子計算可以攻破當(dāng)時廣泛使用的公鑰體系。2019年，《自然》雜志刊登了谷歌的學(xué)術(shù)論文，宣稱其量子計算機已經(jīng)實現(xiàn)了“量子霸權(quán)”。量子計算機的飛速發(fā)展，對經(jīng)典密碼的安全性造成嚴(yán)重威脅。

　　如果說量子計算機是攻破經(jīng)典密碼的“矛”，那么量子密碼就是守護信息安全的“盾”?！傲孔用艽a是一種利用量子比特來保證信息安全的加密方式，這是一種物理方法，它需要借助光子作為載體來執(zhí)行傳輸和測量?！蹦暇┼]電大學(xué)通信與信息工程學(xué)院副院長王琴教授告訴記者。

　　量子密碼如何感知并阻止竊聽呢?“量子密碼無懼竊聽，竊聽即留下痕跡?！蓖跚俳忉專话闱闆r下，通信的雙方在通信之前需要先共享一套密碼本，用于后繼的加密通信。普通的密碼本在傳輸過程中可能被竊聽者復(fù)制或替換而不被發(fā)現(xiàn)，而量子密碼以單個光子作為載體來編碼量子態(tài)，由于單光子具有不可克隆和不可分割的特性，每被測量或觀測就可能變化，導(dǎo)致測量結(jié)果不盡相同，若有人竊聽，就會造成誤碼率顯著上升，從而被發(fā)現(xiàn)。

　　“現(xiàn)在，我們無法保證密碼不會泄露，但是通過量子密碼技術(shù)，我們能夠監(jiān)測到密碼是否被竊聽。一旦被竊聽，我們就可以采取行動把被竊聽的部分去除，這樣便不會造成泄露?！表n正甫補充說明。

　　神秘又強大，

　　量子保密通信新成果亮相

　　“在量子技術(shù)中，密碼行業(yè)是發(fā)展最好、最快的一部分，也是已經(jīng)實現(xiàn)應(yīng)用的一部分。”韓正甫表示。

　　會議現(xiàn)場，來自不同高校、科研機構(gòu)的學(xué)者們分享了團隊最新科研成果，繪出未來量子密碼的發(fā)展藍圖，助力更多量子技術(shù)從實驗室走向?qū)嶋H應(yīng)用。

　　“利用量子技術(shù)實現(xiàn)信息的安全傳輸主要有兩種方式，一種是利用量子態(tài)直接進行信息傳輸，這也是量子通信的終極目標(biāo)；另一種是利用量子密鑰對經(jīng)典信息進行加密，這種量子保密通信已經(jīng)在衛(wèi)星、光纖鏈路中得到驗證，并逐步走向應(yīng)用?！眮碜阅暇┐髮W(xué)固體微結(jié)構(gòu)物理國家重點實驗室的謝臻達教授介紹，為了在遠距離干線網(wǎng)絡(luò)量子保密通信的基礎(chǔ)上，滿足量子保密通信到終端用戶的接入需求，團隊正在發(fā)展基于無人機的量子密鑰分發(fā)，并將無人機的量子密鑰分發(fā)鏈路與已有的光纖、衛(wèi)星量子密鑰分發(fā)鏈路相連。“我們期待，未來可以使用固定翼高空無人機實現(xiàn)廣域的量子密鑰分發(fā)，實現(xiàn)全天候覆蓋的量子網(wǎng)絡(luò)?！?/p>

　　近幾年，南郵的量子信息技術(shù)研究所在遠距離量子密鑰分發(fā)、人工智能增強的量子密碼系統(tǒng)等方向取得了一系列原創(chuàng)性突破?！傲孔用荑€分發(fā)是量子保密通信的核心，原則上能夠為遠程通信用戶提供安全的密鑰。然而在現(xiàn)階段，由于實際量子密鑰分發(fā)設(shè)備存在缺陷或誤差，竊聽者可能利用這些缺陷或誤差開展黑客攻擊，從而威脅量子密碼系統(tǒng)的現(xiàn)實安全性?！蓖跚俦硎?，現(xiàn)階段可以使用雙場協(xié)議和測量設(shè)備無關(guān)協(xié)議來免疫所有針對測量端的攻擊，但這兩種方式各有優(yōu)缺點，不能完全解決問題。

　　為此，團隊開展了相關(guān)理論與實驗研究，并取得了一系列重要突破。針對現(xiàn)有測量設(shè)備無關(guān)協(xié)議存在傳輸距離有限、密鑰率低等缺點，團隊提出了改進的偏選基五強度誘騙態(tài)測量設(shè)備無關(guān)協(xié)議，并且結(jié)合自研的實驗系統(tǒng)實現(xiàn)了442公里的安全傳輸距離，創(chuàng)造了該類協(xié)議新的世界紀(jì)錄。團隊還率先將人工智能與量子密碼系統(tǒng)相結(jié)合，提出了一種“主動預(yù)測+反饋”的工作模式，大幅提升包括雙場系統(tǒng)在內(nèi)的量子密碼系統(tǒng)的有效傳輸效率。此外，團隊首次提出利用人工智能算法對量子密碼系統(tǒng)缺陷故障和黑客攻擊進行實時檢測，為量子密碼安全測評方案提供了一種新的解決思路。

　　走出實驗室，

　　量子技術(shù)期待更多應(yīng)用

　　從2017年我國“墨子號”在國際上首次成功實現(xiàn)從衛(wèi)星到地面的遠距離量子密鑰分發(fā)，再到量子計算機的不斷突破，我國的量子科技領(lǐng)域整體上已經(jīng)實現(xiàn)了從并跑到部分領(lǐng)跑的飛躍。量子科技正在開辟未來產(chǎn)業(yè)“新賽道”，加快形成新質(zhì)生產(chǎn)力。

　　今年的政府工作報告指出，“制定未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，開辟量子技術(shù)、生命科學(xué)等新賽道，創(chuàng)建一批未來產(chǎn)業(yè)先導(dǎo)區(qū)?！?/p>

　　“其實，量子通信已經(jīng)運用于我們的生活中。”韓正甫向記者透露，在量子通信領(lǐng)域，我國的城域城際量子通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已初步滿足實用化要求，總里程超過1萬公里的國家量子骨干網(wǎng)已全線貫通，覆蓋京津冀、長三角、粵港澳、成渝等重要區(qū)域。在衛(wèi)星量子通信方面，我國研制并成功發(fā)射了世界首顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星“墨子號”后，又發(fā)射了世界首顆量子微納衛(wèi)星“濟南一號”，為構(gòu)建低成本、實用化的量子星座奠定基礎(chǔ)。衛(wèi)星地面接收站的重量也已由十幾噸降到100公斤左右，可支持移動通信。銀行、政務(wù)、邊檢系統(tǒng)都已經(jīng)成為了量子通信的“忠實客戶”。

　　在江蘇，量子產(chǎn)業(yè)也正在有序發(fā)展中。作為我省重點規(guī)劃布局的未來產(chǎn)業(yè)之一，坐落于蘇州的量子科技長三角產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心不斷取得新突破，量子計算開辟了新的技術(shù)路線，使得運算效率更高、能耗更低、應(yīng)用場景更多元。在眾多高校，量子產(chǎn)業(yè)的人才培養(yǎng)與科研正在同步進行。

　　“總體來說，目前，江蘇的量子產(chǎn)業(yè)還需要持續(xù)追趕?！蓖跚俦硎?，期待省市科研主管部門能夠加大對量子領(lǐng)域的投入，讓更多的高校與企業(yè)聯(lián)動，做好產(chǎn)學(xué)研對接，共同發(fā)展。

　　韓正甫認(rèn)為，江蘇科教資源豐富，又有著完備的工業(yè)體系，可以選定量子產(chǎn)業(yè)優(yōu)先發(fā)力?！傲孔有袠I(yè)的很多成果目前依舊停留在實驗室，到真正應(yīng)用的層面還有距離。希望給予科研團隊和企業(yè)更多的嘗試機會與容錯空間。凡事預(yù)則立，前期的投入和人才的儲備至關(guān)重要?！?/p>

　　中國科學(xué)院院士郭光燦表示：“當(dāng)前，量子信息正在逐步從實驗室走向現(xiàn)實應(yīng)用，其戰(zhàn)略價值日益顯現(xiàn)，希望我們的工作能瞄準(zhǔn)國家的實際需求，為國家的信息安全作出貢獻?！?/p>