量子保密通信之我见
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狐说笆道 楼主
首先声明,这纯属个人理解和设想,不代表任何媒体和其他人的观点。
前几年,潘建伟的量子通信成为热门话题,但绝大多数人对具体怎么通信一无所知,也包括我,唯一知道的是利用了量子纠缠。当时很想知道潘建伟是怎么利用量子纠缠进行通信的,但网上几乎没有看到相关的资料(也许在某些专业网站上有,但我没找到)。
有一次看到了某人描述量子通信的原理,肯定是错的。那个人说的原理是信息发送方造出一对纠缠态量子,把其中一个发送出去,自己留一个,对方收到后,发送方再使用一个已知自旋状态的量子(也就是该量子带有自旋状态正或反这一信息)去与那对纠缠态量子中自己留的那一个强行发生纠缠,于是自己留的那个在解除与发送出去的量子的纠缠同时与已知自旋状态的量子纠缠,它解除前一个纠缠时的自旋状态就得以确定,因此发送出去的那个量子解除纠缠后的自旋状态也得以确定。说起来似乎方法很妙,但实际上这是不可能实现的,那只是一个比我更不了解量子纠缠的人的设想而已。
后来又见到有人说,潘建伟的量子通信严格来说不叫量子通信,量子纠缠不能直接传送信息,只能叫量子保密通信,真正的信息传递还是通过电磁波、光缆等传统途径,量子纠缠只用来加密信息。不过,怎么利用量子纠缠来实现保密通信,很长一段时间我仍是一无所知,直到最近突然灵光一现,有了一个看似可行的设想。
我对量子纠缠算不上懂,只是了解一点,我所了解的量子纠缠,首先要涉及到量子的一个属性“自旋”,自旋方向有且只有两个方向,可以分别称为上旋和下旋,一对量子如果处于纠缠态,则两者一上一下抵消,任何方法都无法得知哪一个是上旋哪一个是下旋,或者说纠缠态的两个量子都处于自旋可上可下、不上不下的不确定状态,只有在纠缠态被解除后,两个量子才会确定其中一个是上旋另一个是下旋,而且哪个是上旋哪个是下旋是无法控制也无法准确预测的,我们能知道的是,只要知道其中一个的自旋方向,就能立即知道另一个的自旋方向与这一个相反。由于量子是一个一个的独立个体,不可细分,所以,将一个量子发送给对方,如果该量子在中途被人截获,或者不小心丢失了,对方就不可能收到,只要对方收到了,就不可能被任何第三方截获。如此说来,我们无法通过量子纠缠去发送确定的信息,但可以发送一些没有任何意义的二进制符号(把上和下分别替换为0和1,就成了二进制符号),而这些符号只有发送方和接收方知道具体是什么,任何第三方都不可能从中途截获。所以,这些二进制符号可以用来当密码,将需要发送的信息进行加密,任何第三方即使截获到加密的信息,但只要没有密码,这些信息就无法解密。
举例说明加密通信的原理。假设发送方要给对方发送一个十进制数字“888”,根据二进制原理,10个二进制位可以表示从0~1023共1024个数字,十进制数字888换成二进制就是1101111000,为了将这10个二进制加密(也就是变成另一个二进制数,不经解密谁都不知道是由1101111000加密的)。在加密前,发送方可以先将纠缠态的一对量子发一个给对方,自己保留一个,对方确认收到后,解除纠缠态,双方记下量子的自旋状态,如果对方没有收到,发送方就将自己留的这个丢弃,重新再发,确认对方收到后就发下一个,直到成功发送10个为止,此时,发送方记下了10个量子的自旋状态,接收方也有10个,而且每一个都与发送方相反。假定发送方的10个量子自旋分别为“上下上下上上下下下上”,那么接收方接收到的就是“下上下上下下上上上下”,此时加密和解密可以很简单,10个二进制位的数字与10个量子自旋状态一一对应,对应“下”的二进制位保持不变,对应“上”的二进制位都改变,于是1101111000就变成了0111001001,换成十进制数是457。因为10个量子自旋状态都是随机的,没有任何规律,所以,10个二进制位改不改也是随机的,改完(加密)后变成0111001001(十进制数457),如果不用密码解密,457就是一个没用的数字,任何人都不能准确地将它变回888。发送方把经过加密后得到的0111001001发送给接收方,接收方接收到后,与“下上下上下下上上上下”一一对应,“下”对应的位改回来,“上”对应的位保持不变,就能变回1101111000(十进制数888)。这样利用量子纠缠传送不会被第三方截获的密码,再用常规方法传送加密后的信息,任何没有密码的人即使截获加密后的信息也不可能进行破解,只有接收方能利用接收到的密码解密还原,从而实现不可能被截获并破解的保密通信。
我这里介绍的加密解密方法是最简单的方法,优点是方法简单,缺点是当要传送的信息很多时就需要传送很多的量子,如果把加密方法弄复杂一点,就可以使用较少的量子来加密很多的信息。
2019年12月11日 05点12分 1
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这和传统加密有个毛线的区别啊,不都是靠着一套双方约定而敌方不知的规则进行加密?潘建伟团队是搞不出有实质变革性成就的,只能时不时的放点烟幕出来,量子纠缠是逻辑信息上的纠缠根本没有传递物质信息,这一点,就决定了潘建伟成不了。那他们怎么向国家向行内交待呢,最大结果就是说自己的团队搞了个高级复杂的密码本出来,再时不时放点烟幕配合一些没有实质相关的论文,国家总不能毙了他,他那个圈子的人也会想着法为他开脱。
2019年12月11日 07点12分 2
量子加密与传统加密的区别在于,传统加密要事先约定密码,密码在传送和使用过程中有泄露风险(很多抗日剧可作参考),而且大量的加密数据的传输有可能通过数据的规律破解出密码,而通过量子纠缠传送密码,直到发送的时候连发送者都不可能得知密码是什么,只有发送成功后才能知道密码是什么,
2019年12月11日 13点12分
不存在传送密码过程中的密码泄露,而且密码是一次性的,每次传送信息都会是最新的密码,无规律可循,所以根本不可能通过找规律来破解。
2019年12月11日 13点12分
对对对,你比国家还聪明
2020年01月24日 06点01分
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想多了,人家就是通过观测光子状态做记录产生记录,再通过另一个通讯传密码,通过密码转换光子记录变成最后的明文而已
光子状态由于双方约定时间而记录存在,本身是无意义的, 明文是密码是另一个存在,本身也是无意义的,加密方根据光子记录产生密码,解密方根据密码和记录进行解密而已
理论上来说,单纯的密码 和单纯的光子记录都是无效的,结合在一起才有意义,这就是所谓的光“量子”通讯,其实本质上就是光通讯而已。 之所以能加密,主要依靠1. 攻击方不能同时拿到光通讯和密码通讯,2.光通讯的时间约定是秘密的 攻击者只能对光通信结果进行干扰,而不能获得通讯结果本身
这里并不需要什么量子,唯一可能沾边的就是所谓“量子纠缠”,然鹅其实我觉得量子纠缠也是催牛p,单纯监视光子状态就足够了
这个方法推广来说其实就是信息分2部分,接收方组合才是信息,2部分不完整信息就失效而已
各种云山雾罩都可以扔掉,它保证的不过是一部分信息是无效的信息罢了
2020年01月07日 05点01分 3
好象意思差不多,只不过你把我称密码的部分称为了光子状态记录,把我说的密文称为了密码。
2020年01月07日 07点01分
@狐说笆道 被挖出来了,我就也谈下自己的理解。先前我的理解确实不对,不过量子加密貌似也不高深。
2020年01月07日 10点01分
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只要是信息通讯,就绕不开信息的调制,传送和解密三个过程。传统通信是事先约定解密规则,再以群发的形式发出信息,可以多个接收者并且互不干扰,接收者再根据约定的规则解密转换信息。这就有可能解密规则被泄露或者数学破解。
量子通信加密的独特地方在于,它的信息传送只能有一个接收者(跟楼主理解差不多),接收者获得信息再和发送方通信确认。根据量子纠缠,发送者手头有发送出去的信息的对称信息,发送者于是可以临时产生一个密匙,再发给接收者解密。
为什么这样的方式是安全的呢?就是因为光纤信息只能有一个接收者,如果是我方的接受者,可以向发送者要求密匙解密,即便这个密匙被截获,截获者手里没有信息包也是无用;如果信息被截获没有到达接收者,那么发送者在不能确认的情况下也不会去发送密匙,截获者根本无法破译出有效信息。
打个比方,传统通信就是把信息封装在很多个上锁的箱子里,然后把箱子群发出去,谁都可以拿到箱子。箱子的钥匙事先就确定,截获者要是能偷窃到钥匙或者以数学方法配出钥匙就能开箱解密。量子加密就好比把大量杂乱信息装唯一的箱子发送出去,接收者收到确认发送者再告诉他如何筛选破解出有效信息,如果这唯一的箱子被截获了,发送者收不到确认也就不会去发送密匙,截获者不可能在一堆毫无规则的杂乱信息里破解出有效信息。
实际应该是这么操作:暂假设发送者手里有5对纠缠光子,他把其中一半发送出去,当接收者接受到5个光子以后告知发送者已收到。然后,发送者对留在自己手里的光子使用检偏器,假如出现的是“上上下上下”的结果,他立刻可以知道接收者用同样的检偏角度才会得到“下下上下上”。两人事先约定上代表0,下代表1,接收者就得到了一个11010的二进制数串。假如发送者想传递的真实信息是“10”,他就告诉接收者自己的检偏角度,并告诉他选择第2和第5个数字。而破译者即使通过某些方式知道了检偏角度和取数顺序,可手里没有纠缠光子信息,要是中途截获光子又不知道检偏角度,两者最多得其一(和上面这位其实差不多意思)。
2020年01月07日 11点01分 4
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所以,我估计潘建伟团队最重要的工作应该是研究如何让纠缠光子能携带更多的信息,多光子纠缠的制备是一个方向吧。
2020年01月07日 11点01分 5
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另外,如果截获者以欺骗方式向接收者发送光子信息,接收者用检偏器得到的字符串将和发送者手里的毫无逻辑关系,双方一对照就能知道信号被截获了。
2020年01月07日 11点01分 6
level 1
楼上你很认真,不过我的理解还是有一点不一样,所谓光量子通讯,接收者可以是n个,但是他们需要知道发送者控制的时间间隔,在特定的时间监控光子变化,就是要等发送方先测量,来确定光子状态,之后他们测量,如果接收者不知道时间而抢先先测量了,那么发送者根据测量结果产生的密码就会有误码,通过校验就能知道有人干扰,还有,光子是无法保存的,也就是通讯有时效性,这2者决定了 光通讯的“安全”,至于普通通讯,就简单了,就是个密码本身,没光通讯记录p用没有
古代有举火位号,第三方光看见举火,不知道具体含义就没办法,因为双方事先约定了动作,这就是加密,
现在的手段不过是让火只有符合条件的人能看见,而双方的约定变成了用马匹送过去,没送之前连接收方也不知道到底啥意思
潘建伟团队具体做了什么我也不清楚,不过这确实也算是对“光量子”的巧妙利用吧,加密来说还算靠谱,不过抗干扰来说基本白给了,干扰通讯也一样,结果是接收方拿不到信息,干扰者也拿不到
2020年01月08日 07点01分 7
我感觉你对纠缠态理解不对,谁先测后测无关紧要,关键是双方的检偏器要一致。
2020年01月09日 04点01分
@孤石恨生 先后导致时间差,时间差导致检测结果失效
2020年01月09日 07点01分
@jqkalytrue 你的理解没到点子上,纠缠光子对重点在检偏器,一家之言。也许,我们理解都错也可能。
2020年01月09日 09点01分
即使接收者先用检偏器,只要发,接双方的检偏角度一致,光子对的偏振方向就一定有关联性。而你,似乎没有考虑纠缠特性。
2020年01月09日 09点01分
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卧槽 阿高的帖子
2020年01月14日 16点01分 8
level 7
可以亲自问一下他本人[滑稽]
2020年01月17日 09点01分 9
level 9
好像量子加密的作用不是保密,而是发现窃听。
2020年01月24日 06点01分 10
level 1
本质上就是一种加密技术。[吐舌]量子计算机如果真的研发出来破译非对称加密是非常简单的事情。[吐舌]这个时候就需要量子加密了。[呵呵]
2025年02月22日 01点02分 11
level 9
你可能不太了解量子计算机,量子通信主要使用的是光量子的偏振态,超导量子计算机才用自旋。
2025年02月22日 03点02分 12
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