量子密码有多重要？美国每天能截获十亿条信息，中国发展如何？

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美国国安局（NSA）曾发起了一个全球监控项目——棱镜计划。这个项目旨在通过互联网和电话网络收集全球各国的信息。

据估计，每天有数十亿条信息被棱镜计划截获和分析。这些信息对于美国的国家安全和利益有着巨大的价值，但对于其他国家和人民来说，却是一场噩梦。

为了保护自己的信息安全，各国都采用了各种加密技术，试图抵御外国的窃取。然而，传统的加密技术只要有足够的计算能力和时间，就可以破解。

那么，有没有一种加密技术，可以永远不被破解呢？接下来，我们就来了解一下这个神秘技术。

信息加密技术的发展

在国家间的信息竞争中，信息窃取、加密、解密是一场永无止境的博弈。从古至今，各国都在不断地寻求更高效、更安全的信息加密技术，以保护自己的机密和利益，同时也在不断地破解敌方的信息加密技术，以获取有价值的情报和优势。

信息加密技术的发展，反映了人类智慧和创造力的进步，也见证了历史上许多重大事件和变革的发生。

最早关于信息加密技术的记载出自于周朝兵书《六韬.龙韬》中的《阴符》和《阴书》。其中介绍了阴符和阴书两种加密方法，分别使用不同长度的符号和文字拆分法来传递军事指令和消息。

这些方法属于密码学中的替代法，即用一些特定的符号或文字来代替原来的信息，使之对敌人不可读。这种方法简单易行，但也容易被破解，因为符号或文字的数量有限，且没有考虑语言本身的规律和特点。

在西方，古希腊时期也出现了一些信息加密技术，如移位法和替换法。移位法是将明文中的每个字母按照固定的位数向左或向右移动，形成密文。替换法是根据一张明文和密文之间的对应表，将明文中的每个字母替换成相应的密文。

这两种方法都属于古典密码学中的单表代换密码，即每个字母只对应一个密文。最有名的例子是凯撒密码，即将明文中的每个字母向右移动三位，形成密文。例如，“I love you”就变成了“L oryh brx”。这种方法比阴符和阴书更灵活，但也存在缺陷，如字母出现频率不均匀、密钥数量有限等，导致容易被频率分析法或暴力破解法攻破。

信息加密技术随着时间的流逝也在不断地进步和完善。古典密码学的后期发明了维吉尼亚密码、ROT5/13/18/47、摩尔斯密码等多种密码类型。

这些密码都是在替换法和移位法的基础上进行了改进和扩充，加入了一些参数或规则来打乱频率或结构，增加了破译的难度。但这些密码还有一些缺点，如算法不公开、可逆性、可穷举等，使得它们不能满足更复杂、更高速、更大规模的信息传输需求。

直到20世纪中叶，香农提出了通信理论，标志着信息加密技术从语言学上转向应用数学上，开创了现代密码学的新纪元。

现代密码学主要包括三类加密算法：非对称加密、对称加密以及哈希算法。但理论上，不论什么密码，只要基于数学，总可以靠计算机的强大算力进行暴力破解。

量子加密技术是什么

那么，有没有无法被破解的密码？那就必须要提到一种基于量子力学原理的加密技术，被称为量子密码学。

利用量子态的不确定性、不可克隆性、不可分割性和纠缠性等特性，量子密码学可以实现信息加密和解密。它的核心是量子密钥分发（QKD），是通信双方在不直接传输秘钥的情况下，通过量子信道和公共信道生成一致的秘钥，并且能够检测出是否有第三方窃听。量子信道利用光子等载体传输信息，公共信道利用电话线、无线电等传统方式传输信息。

那么，量子密钥分发的基本原理是怎样的？原来，通信时，通信双方（A和B）会分别准备一些随机的二进制比特序列，并将其编码到光子的某些物理属性上，如偏振、相位、自旋等。然后，A将编码后的光子通过量子信道发送给B，B用相应的方法接收并测量光子，并将测量结果记录下来。

由于量子态的不确定性和不可克隆性，任何对光子的观测都会改变其状态，并且无法完美地复制光子。

因此，如果有第三方（称为E）试图窃听A和B之间的通信，她必须对光子进行观测，并将观测结果再次发送给B。这样就会在B收到的光子中引入一些误差，并且可能导致B收到重复的光子。

为了检测是否有第三方窃听，A和B在通过公共信道交换一些信息，如光子编码方式、比特序列长度、随机抽样位置等。通过比较抽样位置上的比特值是否一致，A和B可以估计出误差率，并判断是否有E存在。

如果误差率低于某个阈值，则说明没有E或者E没有成功窃听到任何信息；如果误差率高于某个阈值，则说明有E存在，并且可能窃听到了部分信息。在这种情况下，A和B可以放弃这次通信，并重新开始一个新的通信过程。

如果误差率在两个阈值之间，则说明有E存在，并且窃听到了部分信息。但是由于E不能完美地复制光子，她也不知道自己窃听到了多少信息。

在这种情况下，A和B可以利用一些数学方法，如信息重复、信息压缩、信息纠错、隐私放大等，来消除E可能获得的信息，并生成一个完全一致且完全安全的密钥。这个秘钥就可以用于对称加密算法，如AES等，来加密和解密通信双方想要传输的真正信息。

基于上述的量子密钥分发原理，量子加密也因此具有了许多独特的优势：

首先，量子密码能够保证信息绝对安全，即使攻击者拥有无限计算能力，也无法破解量子密码。

其次，它实现了通信双方能够互发加密信息，并使用各自的私钥进行解密。这是因为每个通信方都有一对公钥和私钥。

公钥，即可公开的钥匙，用于信息加密，私钥，需要保密，用于信息解密。由于公钥和私钥是通过数学方法生成的，且无法从公钥推导出私钥，因此具有极高的安全性。

最后，量子密码能够实现信息的数字签名和认证，从而保证通信双方能够验证信息的来源和完整性。这是因为量子密码利用了哈希函数和数字签名技术。

每个通信方都可以对信息进行哈希运算，得到一个字符串，然后进行加密，对方用发送方的公钥进行解密，得到哈希字符串，并与自己对信息进行哈希运算得到的字符串进行比较。如果两者相同，就可以证明信息没有被篡改，确实来自发送方。

中国的量子技术成就

量子加密技术虽然很强大，但想要真正实现安全的信息传输，我们还需要借助量子通信技术。量子通信使用量子态作为信息载体进行信息交互的通信技术，其安全性、信道容量、通信速率和隐蔽性都远超传统技术。那么，在这一领域，中国的发展如何？

中国在量子通信技术研究方面走在了世界前列。自1995年首次实现量子密钥分发实验以来，中国的量子通信技术经历了四个阶段：学习研究阶段、快速发展阶段、初步尝试阶段和大规模应用阶段。在这个过程中，中国科学家不断创造着世界纪录和里程碑。

例如，2010年，中国在合肥成功建成了城域量子通信实验示范网。一年后，中国在之前技术基础上建成了量子通信系统，可以同时进行两种通信，即量子和经典激光通信，这一技术对于卫星通信具有划时代的意义。

2012年，用于金融信息高保密性信息传输的量子通信验证网建成，可以实现视频语音通信等应用。

更加惊人的是，中国于2016年8月发射了“墨子号”，作为全球首颗量子科学实验卫星，它成功实现了洲际量子保密通信。这一壮举被誉为“中国版月球计划”，为建立全球光量子通信网络打下了坚实基础。

同年，中国还建立了京沪干线，是世界首条高速量子信息加密干线，总长超过两千公里。通过广域光纤量子通信网络，京沪两地的金融、政务等机构可以进行保密通信，这大大提高了城际量子通信的安全性。

目前，中国是世界上唯一拥有卫星和地面两种方式进行量子通信的国家。中国计划在2030年建成全球化的广域量子通信网络。可以说，在量子通信和加密领域，中国已经走在了世界前沿。

结语

量子信息加密技术是一种依据量子力学原理来进行信息传输的技术，凭借量子的独特性质，这种加密具有无法被窃取或篡改的优点，是未来信息安全的重要保障。

中国在量子通信领域取得了举世瞩目的成就和发展，展现了强大的创新能力和国际影响力。量子加密技术不仅对国家安全和社会发展有着重要的意义，也对普通人的生活有着深远的影响。

我们应该积极支持和参与量子加密技术的研究和应用，同时也要注意防范其可能带来的风险和挑战，让量子加密技术为人类创造更美好的未来。

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