難以破解的加密技術及量子密碼

人們一直在追求不易被破解的加密技術。如上文所述，利用計算機進行加密所依據的想法是，“即使想要尋找出密鑰，也需要花費天文數字的時間，實際上根本難以破解”。實際上，安全性更高的加密技術之一是量子密碼。

量子密碼依據的是量子態（quantum state）的變化。所謂量子態，指的是量子系統的狀態，其特點是如果從外部進行觀測就會使觀測失真。反過來說，如果不引起失真就無法進行觀測。

實現量子密碼的方法包括“BB84”和“Y-00”。

“BB84”的基本設想是，發送方對于構成光傳遞的多個方向的波（縱向波、橫向波、斜向波）事先規定“1”或“0”的數字信號，接收方能夠利用偏光片從實際接收的光信號中分別提取出縱向波、橫向波和斜向波。不過，由于無法同時觀測縱向波、橫向波與斜向波，監聽者不清楚是哪個方向的波，因而無法獲得準確的情報。此外，如果從外部進行觀測，量子的狀態就會發生改變，無法恢復原來的狀態。

BB84用于密鑰分發，但需要注意的是密鑰本身由其他加密方式生成。

通常又會回到為了安全地利用共同密鑰密碼（加密與解密使用相同密鑰的加密算法），當事方如何安全地傳遞共有的密鑰這個問題上。如果直接經互聯網傳送密鑰情報，將自身的密鑰寄存到第三方，則毫無意義。這就是所謂的“密鑰分發”問題。

因此，量子密碼將量子理論運用于密鑰分發。發送方首先以光的形式向接收方發送明文與隨機數字混合的報文，接下來再向接收方發送在構成明文的比特流上加入隨機數字比特流的報文。接收方從接收到的加密數據中除去先接收到的隨機數字比特流，就能提取出明文。

假如發送方最初向接收方發送的隨機數字比特流在傳輸中被人監聽（觀測）到，則以光子形式傳送的隨機數字比特流就會出現內容的變化，導致接收方無法對報文進行解密，從而就會發現密鑰遭到監聽（觀測）。

隨機數字的比特流只會使用一次，即所謂的“一次性密鑰”，不會再利用相同的比特流。由于每次進行通信都會使用不同的隨機數字，即使遭到監聽，也不會出現“此后所有通信被一網打盡”的情況。

BB84的關鍵是利用“如果遭到監聽就會發生變化”的物理學特點解決密鑰分發問題，因而不會像通常的以計算機為基礎的密碼那樣，“依靠繁重的作業早晚會解開密碼”。

“Y-00”是利用光粒子發生的量子噪音隱藏情報的方式。光速是每秒鐘30萬千米，這個速度無法同時準確測出運動量和存在位置。這就是所謂的“測不準原理”。由此產生的誤差被稱為“量子噪音”，將情報隱藏在量子噪音中就是Y-00方式的設想。利用量子噪音生成密鑰究竟能確保安全性到何種程度，目前仍處于探討之中。

順帶一提的是，有情報稱朝鮮正在將國內的通信網全部光纖化，并引進量子通信。但是，如果回顧歷史就會發現，任何新技術與新武器在今后都不可能永遠無敵。不僅是朝鮮，任何國家都在追求不易遭到監聽的通信網絡或不易被破解的密碼技術，但同時這些又會成為努力研發對抗手段和尋找對方脆弱性的動力。該領域與其他領域一樣，攻擊方與防御方永遠都在進行相互博弈。（知遠戰略與防務研究所/陳嘯 編譯自日本《軍事研究》雜志2019年第11期）

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