第九次中国科协论坛聚焦量子密码应用基础性问题

2010-10-27 09:03 来源: 科学时报
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量子密码学和现代密码学的博弈

  随着社会信息化的迅猛发展,信息安全问题越来越受到世界各国的广泛关注,密码作为信息安全的重要支撑备受重视,各国都在努力寻找和建立绝对安全的密码体系。由于近年量子信息尤其是量子计算研究的迅速发展,现代密码学的安全性受到了越来越多的挑战。

  在不久前举行的第九次中国科协论坛上,展开了一场量子密码学和现代密码学的博弈。在这场名为“量子密码应用基础性问题”的科学巅峰对决中,我国密码界4位院士、30位专家出席,来自国内大专院校及科研院所等的近百人旁听。中国科协书记处书记冯长根、国家密码管理局常务副局长魏允韬在开幕式上致辞,国家自然科学基金委副主任王杰等出席会议。

什么是量子密码?

  有关专家介绍,在经典信息处理中,信息一般表示为0或1组成的一组二进制代码,信息的安全主要依赖于数学的复杂度。但在量子信息处理中,信息的载体为量子态。量子信息处理,包括量子密码,都必须遵守量子力学的定理和法则。量子力学保证,窃听者一旦测量合法用户传输的量子态,就会干扰、破坏该量子态,从而导致合法用户的测量结果发生变化。合法用户只要随机公开他们的部分结果,就会发现窃听者的窃听行为。

  如果合法用户确认窃听者获取的信息量不大,他们可以通过纠错和私密增强等后处理手段,把窃听者获取的信息全部去除掉。也就是说,在纠错和私密增强后,窃听者再也无法知道合法用户密钥的任何内容。这样,合法用户就拥有了一段安全的密钥。接下来,合法用户就可以使用这一段密钥,使用经典的密码算法,进行安全通讯。已经证明,如果明文的长度等于密钥的长度,且合法用户每次都使用新的密钥,那么一次一密码的加密方式,是绝对安全的。

量子密码的安全性不再依赖于数学的复杂度

  “量子力学中的不可克隆定理、不确定性原理,构成了量子密码的安全性理论基础。”第九次中国科协论坛上,有关专家介绍,现代密码学的安全性建立在数学复杂度的基础之上,即使密码已经被窃听者成功破译,合法用户也不会发现。量子密码学,是根据物理基本定律而非传统的数学演算法则或者计算技巧所提供的一种密钥分发方式。量子密码的核心任务是分发安全的密钥,建立安全的密码通信体制,然后再使用一次性密码方案进行安全通讯。其安全性是由物理原理所保证的,不再依赖于数学的复杂度。

我国量子密码学研究在世界占有一席之地

  我国是国际上最早从事量子密码技术研究的国家之一,20多年来,我国密码科技工作者在量子密码研究领域不断取得实质性进展,特别是以中国科学院院士郭光灿、中国科学院量子信息重点实验室教授韩正甫领导的团队经过潜心研究,在量子密码技术领域取得了一系列原创性的成果和突破,并建造了世界第一例投入实际应用的量子密码网络。

  在量子密码的理论研究方面,郭光灿课题组是国内最早进入量子信息领域的研究组之一,他们在量子通信领域取得了多项有重要影响的理论研究成果,例如量子避错码、量子概率克隆等。

  在量子密码的理论研究中,他们在QKD的设计和分析方面取得了一批成果。

  中科院院士、山西大学彭堃墀领导的课题组在连续变量QKD方面给出了多种建设性方案。清华大学教授王向斌在诱骗态量子密码方面作出了重要贡献。华东师范大学教授曾和平领导的课题组在单光子检测器的机理与研制方面取得了重要进展。上海交通大学教授曾贵华领导的课题组在量子密码算法以及连续变量量子密码方面给出了建设性意见。北京邮电大学教授温巧燕领导的课题组对量子密码协议分析进行了系统研究,取得了一些成果。清华大学教授冯克勤领导的课题组在量子纠错码方面作出了一系列重要成果。这些理论研究工作不但促进了量子密码理论体系的进一步完善,也提升了我国在量子密码领域的学术地位。

国内外量子密码研究进展比较

  “毋庸置疑,我国在整个量子信息领域取得了一批重要的研究成果,在国际学术界产生了重要影响,掌握了一定的话语权。”有关专家表示。但从量子密码的角度来看,我们与国外相比还有一定差距,在理论、实验和实用化方面的研究中都有所体现。

  首先,从理论方面来看,虽然我国学者开展了大量研究,研究内容涉及到量子密码的每一个方面,提出了大量的量子密码方案以及相关分析,但这些研究大多数是跟踪性的,原创性工作偏少,最基础的自主知识产权不多。可喜的是在技术层面上,我国在稳定性方案、量子路由器、单光子探测器以及零差式检测器等方面取得了突破,拥有了自己的知识产权。

在发展中少走弯路

  有关专家介绍,经过20多年的发展,量子密钥分配技术的多数基本问题已经得到解决,进入了实际应用的前期,如何评估量子密码技术的价值、建立量子密码理论体系、推动量子密码技术的实际应用……在发展过程中少走弯路是目前亟须解决的问题,“第九次中国科协论坛——量子密码应用基础性问题”正是为了探讨和解决这些问题而举行。

  这次论坛的内容涉及量子密码学的基础理论体系的建立、量子密码的特点、优势及其安全性、量子密码与经典密码的融合方式与技术实现、抗量子计算的密码原理与发展、量子密码的发展趋势等7个方面,与会专家从经典密码、物理学等多角度出发,围绕主题和报告进行了激烈争辩。

  经过讨论,会议澄清了关于量子信息与经典信息,量子隐形传态与量子密码通信等原理和概念上的问题,指出了量子信息已经超越经典信息论范畴,探讨了建立量子密码理论体系、量子密码与经典密码在理论和应用层面的关系及二者融合方式等,明确了量子密码优势及实际应用需要,提出了我国量子密码技术下阶段发展方向和主要研究内容等。

  此次论坛首次将我国经典密码与量子密码专家聚集在一起研讨密码领域面临的问题和机遇,加强了相互间理解和交流,指明了量子密码后续发展方向和途径。论坛的组织者表示,此次研讨必将推动我国量子密码技术的研究和发展,并对量子密码技术应用产生深远的影响。