量子密鑰分發(fā)（QKD）將在下一代安全通信中發(fā)揮核心作用，大學(xué)研究人員的新軟件有助于快速評估QKD的安全協(xié)議。

在安全量子通信的重大突破中，加拿大滑鐵盧大學(xué)量子計算研究所（IQC）的研究人員最近發(fā)現(xiàn)了一種評估QKD協(xié)議性能的有效數(shù)值方法。他們還開發(fā)了第一個可用的軟件來快速評估QKD任何協(xié)議的安全性。

“鑒于世界各地的黑客活動，保密變得越來越重要。但它比通常認(rèn)為的更重要，因為量子計算機可能在不久的將來上線，“IQC博士后研究員，發(fā)現(xiàn)和軟件背后的研究人員之一Patrick Coles說。“量子計算機可能會破壞我們當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)安全的許多方面，這是基于某些問題的計算難度。這將是災(zāi)難性的。..因此，探索新的加密方法勢在必行。

QKD的秘密集中在量子物理學(xué)的基礎(chǔ)上，特別是海森堡的不確定原理。它允許被稱為Alice和Bob的兩方建立交換光子的共享密鑰。由于光子的行為符合量子力學(xué)定律，因此您無法在不干擾量子物體的情況下測量它。因此，如果一個叫做夏娃的竊聽者攔截并測量光子，它會引起愛麗絲和鮑勃可以檢測到的干擾。沒有干擾意味著愛麗絲和鮑勃可以保證他們共享密鑰的安全性。

丟失和噪聲會產(chǎn)生一些干擾，但小的干擾意味著 Eve 可以獲得有關(guān)密鑰的少量信息。通過描述如此大量的信息，Alice 和 Bob 可以以最終密鑰的長度為代價將其從 Eve 中刪除。QKD中的主要理論問題是如何計算任何給定協(xié)議的最終密鑰的允許長度和實驗觀察到的距離。

“我認(rèn)為量子物理學(xué)家能夠在徹底改變我們進行秘密通信的方式方面發(fā)揮核心作用，并希望做出貢獻，這真是令人難以置信，”科爾斯說。“我們的方法有三個主要優(yōu)點：它強大、用戶友好且相對快速。

他所說的“魯棒”是指它可以處理任何協(xié)議，這令人印象深刻，因為以前的分析方法僅限于理想化的協(xié)議，沒有實驗缺陷。“我們的方法能夠探索新的協(xié)議理念，特別是與現(xiàn)有光學(xué)硬件一起實現(xiàn)的協(xié)議，”Coles說。“此外，您的設(shè)備中的任何缺陷都可以在我們的軟件中明確說明。穩(wěn)健性對于分析真實、實用的系統(tǒng)至關(guān)重要。

到目前為止，世界上只有少數(shù)熟練的專家能夠分析QKD協(xié)議的安全性。“我們的軟件有可能將QKD分析帶給更廣泛的受眾，”他指出。“您只需輸入感興趣的協(xié)議的描述，計算機就會進行計算。

然后是速度：“計算QKD協(xié)議的密鑰輸出本質(zhì)上是一個優(yōu)化問題，”Coles說。我們可以制作軟件的主要原因是因為我們證明了一個數(shù)學(xué)定理，將問題重新表述為有效的可計算形式。運行我們的軟件并獲得問題的答案通常需要幾秒鐘。

而且，正如您可以想象的那樣，QKD技術(shù)具有軍事應(yīng)用。“美國海軍研究辦公室對QKD感興趣，用于海軍艦艇之間的安全通信，”科爾斯指出。但對手也可能利用QKD，因此它回避了是否存在竊聽潛力的問題。

隨著量子計算的上線，量子安全密碼學(xué)將變得必要。“這是指量子計算機無法有效攻擊的加密方法，”Coles解釋說。“但另一種方法是找到即使是量子計算機也無法有效解決的數(shù)學(xué)問題。

QKD不容易受到追溯攻擊，而基于計算難度的方法則容易受到攻擊。“追溯攻擊是指竊聽者記錄密文和公鑰，然后等待數(shù)年以提高計算能力，”科爾斯說。“一旦計算機變得足夠快，竊聽者就會獲得私鑰和明文。

因此，量子安全加密的未來很可能“最終成為QKD生成的密鑰和通過計算困難的任務(wù)生成的密鑰的某種組合，”Coles指出。

他說，QKD的未來進展將包括“全球網(wǎng)絡(luò)，無論是在地面上還是通過衛(wèi)星”。“我們需要為這些網(wǎng)絡(luò)選擇最佳協(xié)議，我們的軟件應(yīng)該是一個有用的工具，可以幫助指導(dǎo)這種選擇。

審核編輯：郭婷