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1、量子信息讲座3第四讲量子密码通信吴令安(中国科学院物理研究所光物理实验室,北京100080)摘要根据海森伯不确定性原理,任何窃听者无法窃听量子密码通信中的信息而不被发现.文章讲述了量子密钥生成与分发的基本原理,并介绍了当前实验研究的进展.关键词密码学,量子密钥,不确定性原理QUANTUMCRYPTOGRAPHYWuLing-An(Lab.ofOpticalPhysics,InstituteofPhysics,TheChineseAcademyofSciences,Beijing100080)AbstractQuantumcryptogr
2、aphyisbaseduponHeisenberg’suncertaintyprinciplewhichguaranteesthatnoeavesdroppercanescapedetection.Thebasicprinciplesofquantumkeydistribu2tionareexplainedandareviewpresentedofcurrentexperimentalresearchinthefield.Keywordscryptography,quantumkeydistribution,uncertaintyrel
3、ation1引言2经典密码通信原理1917年,美国破译Zimmerman记录稿,得保密通信的目的是让通信双方互相交流信知德国许诺奖赏美国部分土地给墨西哥以引诱息而不让非法第三者窃取或破坏信息的内容.其协助战争,才决心介入第一次世界大战.密码通常说的对信息加密就是对信息明文M进行学作为一门严格的科学,从本世纪初发展成为数据的变换Gk,得出密文C:数学的一个分支,也促使了计算机的发展.第二Gk(M)=C次世界大战中,英国将当时新研制的大型计算密文发给合法的接受者,通过逆变换进行解密,机Colossus用于破译德国的密码立了大功.古恢复原明文
4、M:今中外,保密通信享有特殊的重要性,同时,窃-1Gk(C)=M.取、破译情报也同样重要.今天,除军事和外交明文和密文之间的变换借密码算法在参数K上的需要,随着信息高速公路的全面展开,商业作用下完成,这样的参数可称为密钥,保密通信贸易、网络通信等等都需要防范非法的第三者的关键就在于密钥K的生成.一个最简单的加窃听.计算机的飞速发展使破译手段越来越高密例子为,对明文CIPHER每个字按字母表顺明,对加密方法要求就更高.下面先介绍经典密序往后循环错3位,形成密文FLSKHU,此时码术的基本原理以及它有哪些局限性.K=3.解密就只需按字母表向
5、前循环3个字母31997-11-19收到初稿,1998-03-10修回·544·物理即恢复原文.这种加密、解密使用同样的或可互危险.图1给出传统密码通信的基本原理.在密推的密钥称为对称密码,其缺点是必须经常更码学中,发送者、接受者及窃听者各有惯用名,换密钥,否则容易被破译,而这意味着通信双方分别取为Alice,Bob和Eve,以下简称A,B和之间必须经常传送密钥,这更增加了被窃听的E.图1经典密码通信基本原理以前,密码通信是依靠密钥、编码规则和密在莫斯科—华盛顿热线通信中.钥传送三方面的保密来保证其安全性.随着密现在计算机发展越来越快,
6、过去需要几千码学数学理论的发展,出现了越来越复杂的密年机时才能破译的密码,现在很快就可破译.例码,但理论上不被破译的可能性并未得以证明,如,1977年在美国出了个解密题,其解密需要日益增强的计算机使很复杂的密码也不断被破将一个129位数分解成一个64位和一个65位译.唯有永远不被重复使用的随机数密码本(称素数的乘积,估计用当时的计算机需要用4×16为vernam或一次性便笺式密码本)从数学上被10年才能得出结果.然而到了1994年,计算证明是不可破译的.但因为它和明文一样长,要机硬件、软件速度提高到只需8个月就可求出求通信双方经常生成、
7、传送并保存数量庞大的数结果.从数学或经典物理找出一种不可破译、不据库作为密码本,使用很不方便.其次,密码本在可被窃取的绝对安全密码通信系统,目前还做传送过程中有可能被截获、复制或篡改.不到.然而,量子力学的海森伯不确定性原理在70年代中期,Diffie和Hellman提出一(原译测不准原理,即uncertaintyprinciple)提种非对称密码通信概念,即公开密钥密码术.其供了一种可行途径.特点是通信双方必须事先商定好密钥,编码规则是公开的,由数学上的单向逆函数给出(例3量子密码本分发的原理如,两个大素数的乘积).若A需向B发送密文
8、,她用B的公开密钥编码,在公共信道上发从上面可以看到,保密通信中的关键是密送,而B用另一个只有他自己知道的密码本K钥,通信安全就在于保证密钥的安全.在公开密对密文脱密.没有掌握K的任何其他人都无法钥密码系统
