量子時(shí)代的密碼學(xué)
如果研究人員在何時(shí)以及何時(shí)構(gòu)建可以執(zhí)行算法的量子計(jì)算機(jī)，那么加密技術(shù)會(huì)死嗎？多虧了兩個(gè)發(fā)展：量子密碼學(xué)和后量子加密，所有的希望都沒(méi)有失去。
量子世界除了疊加和糾纏之外，還具有其他一些技巧，可以為代碼破解提供保護(hù)。
在1920年代，物理學(xué)家維爾納·海森堡（Werner Heisenberg）表明，不可能完全精確地測(cè)量任何東西，例如原子。當(dāng)您測(cè)量原子中的某個(gè)屬性（例如位置）時(shí)，會(huì)干擾它并犧牲測(cè)量互補(bǔ)屬性（例如其動(dòng)量）的精度，即速度乘以其質(zhì)量。
但是不確定性原理不僅涉及精度極限。物理學(xué)家已經(jīng)利用它來(lái)創(chuàng)建一種稱為量子密碼學(xué)的東西。有了它他們制作了人類有史以來(lái)最安全的加密代碼。
研究人員在信息技術(shù)里實(shí)驗(yàn)室對(duì)光纖通道上的量子通信進(jìn)行了研究。
不確定性原理表明，測(cè)量任何物體都會(huì)干擾它。量子加密依賴于以下事實(shí)：竊聽(tīng)（試圖獲取消息中的信息）是一種測(cè)量形式，并且會(huì)以一種可以檢測(cè)到的方式干擾系統(tǒng)。
干擾量非常小，與普朗克常數(shù)成正比，而普朗克常數(shù)是物理學(xué)中最小的量之一。如果您使用很小的物體或很小的能量包（例如光子）來(lái)幫助建立加密密鑰，那么就有可能創(chuàng)建一個(gè)可以檢測(cè)任何竊聽(tīng)者的加密系統(tǒng)。
幸運(yùn)的是在網(wǎng)上銀行和互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，量子加密技術(shù)是在1980年代提出的，隨后提出了能夠破解加密技術(shù)的算法。NIST已經(jīng)參與了在量子密碼學(xué)研究的許多方面，如建立密鑰使用單光子，被稱為量子密鑰分配（QKD）的數(shù)據(jù)流，并利用這些來(lái)創(chuàng)建加密的網(wǎng)絡(luò)。商用設(shè)備開始出現(xiàn)在1990年代。QKD系統(tǒng)已在現(xiàn)實(shí)世界中實(shí)施，并已成功用于政府和銀行業(yè)的有限應(yīng)用中。
量子密碼學(xué)還可以用于安全通信中。中國(guó)的研究人員最近使用該技術(shù)與距離2500公里（約1600英里）的奧地利同事進(jìn)行了安全的視頻通話。
大多數(shù)QKD系統(tǒng)使用通過(guò)光纜傳播的光子，光子攜帶0和1的信息。該信息包括發(fā)送方（比如匿名稱為“小渡”）發(fā)送給接收方（稱為“小鮑”）的秘密密鑰。然后小渡使用秘密密鑰對(duì)她要傳輸?shù)南⑦M(jìn)行加密。
鮑勃使用相同的密鑰來(lái)解密消息。如果竊聽(tīng)者（黑客）試圖攔截密鑰，則光子會(huì)以小渡和小鮑可以檢測(cè)到的方式受到干擾。因此在發(fā)生竊聽(tīng)的情況下，小渡只需創(chuàng)建一個(gè)全新的密鑰，然后等待一個(gè)成功地傳輸給小鮑而不進(jìn)行竊聽(tīng)的密鑰。之后小渡再次傳送消息，該消息以只能用密鑰解密的方式進(jìn)行了加密，早這個(gè)過(guò)程中竊聽(tīng)者只有無(wú)能為力地放棄破解秘鑰。
量子密碼學(xué)利用了量子規(guī)律的性質(zhì)，例如物質(zhì)具有的波狀性。
量子密碼設(shè)備提供了公鑰加密方法
量子密碼系統(tǒng)已經(jīng)很昂貴，并且使其普及和實(shí)用一直是挑戰(zhàn)。即使量子物理學(xué)可以提供最基本的安全加密形式，但事實(shí)表明即使基于量子屬性的密碼系統(tǒng)也可以在現(xiàn)實(shí)世界中被入侵。譬如當(dāng)靜電或噪聲（由經(jīng)典物理規(guī)則控制）不可避免地引入系統(tǒng)中時(shí)?；旧狭孔用艽a系統(tǒng)的組件會(huì)產(chǎn)生諸如靜電之類的噪聲，其行為受經(jīng)典物理學(xué)規(guī)則支配。這種噪音可能會(huì)使系統(tǒng)無(wú)法正常工作，從而使系統(tǒng)變得不安全。
更根本地講量子密碼技術(shù)并不能解決我們今天面臨的最重要的網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題。量子密碼學(xué)旨在保護(hù)兩個(gè)受信方之間的通信，使其免受竊聽(tīng)者的攔截。如果對(duì)方是網(wǎng)絡(luò)攻擊者，該怎么辦？竊聽(tīng)者目前并不是網(wǎng)絡(luò)安全中最大的關(guān)注點(diǎn)。
研究人員正在尋找可以在將來(lái)安全使用的公鑰加密方法。
如果以及何時(shí)引入了可以運(yùn)行算法的量子計(jì)算機(jī)，則必須采用安全的加密方法。量子密碼設(shè)備可以滿足這種需求的一部分，但它們可能不切實(shí)際，無(wú)法大規(guī)模實(shí)施。因此研究人員開發(fā)了一個(gè)新的領(lǐng)域，稱為后量子加密，正在探索各種替代方案。
量子計(jì)算機(jī)領(lǐng)域科學(xué)家馬丁斯科特曾說(shuō)：“當(dāng)量子計(jì)算機(jī)成為現(xiàn)實(shí)時(shí)，我們當(dāng)前的公共密鑰加密將不再起作用，我們需要立即開始設(shè)計(jì)這些替代品。”
量子后加密之路將是漫長(zhǎng)的，但是研究人員已經(jīng)開始了這項(xiàng)工作。
算法將破解依賴于大數(shù)分解的加密密鑰。有許多方法可以使用不涉及因數(shù)分解的數(shù)學(xué)函數(shù)來(lái)加密數(shù)據(jù)。對(duì)于其中一些數(shù)學(xué)函數(shù)，量子計(jì)算機(jī)在試圖打破它們方面不會(huì)比普通計(jì)算機(jī)好得多。盡管有它們的名字，但許多后量子算法都基于經(jīng)典的數(shù)學(xué)技術(shù)，而這些數(shù)學(xué)技術(shù)早于量子信息。
可以使用經(jīng)典的方法來(lái)停止量子，研究人員一直在期待量子威脅。萬(wàn)一量子計(jì)算機(jī)成為現(xiàn)實(shí)，研究人員已經(jīng)在開發(fā)后量子算法。有人甚至呼吁公眾為后量子算法的開發(fā)策略和方法提供基金幫助，不管量子技術(shù)以后是否能像電腦一樣普及大眾，如果量子技術(shù)應(yīng)用突破那才是繼電氣時(shí)代以后又一提升人類生活水平的新篇章
