媒体宣传的量子加密的概念有错误

Posted 2020-09-24

       目前我国在量子力学领域的进步很大，媒体也是大加报道，但我发现有些新闻稿的关于量子加密的描述有误，比如：量子计算机可破解当前使用的所有加密算法。
       加密算法分为对称加密和非对称加密，量子计算机破解的是非对称加密算法（如RSA），对称加密算法哪怕是量子计算机也无法破解（如一次一密）
       墨子号卫星搭载的几个实验之一是“量子密钥分发”，从名字就可以看出，这是利用量子力学原理保证“对称密钥分发“过程的安全。密钥分发完毕后，其加密算法仍然是对称加密算法。
       举例说明。
       余则成潜伏在台湾，台湾-厦门之间用加密电报通信，厦门用密码123加密，余则成用123解密，反之亦然。这种加密和解密都使用同一个密码的加密方式称之为”对称加密“
       但问题就是，厦门和台湾之间怎样商定同一个密码123？打电话告诉余则成？写信？网络传输？都不行，因为密码不能通过公开渠道传输，否则会被窃取。
       于是密码在国家强力机关建立的保密通道中进行传输，密码被写在一个本子上，这就是“密码本”，把该密码本通过保密通道传递给余则成（密钥分发），2边使用同一个密码本，就可以用相同的密码加密/解密了。
但这仍然有问题，这个通道是靠人力维持的，而“人”这个因素是不可靠的，否则就不会有谍战片里围绕密码本展开的故事了。
       所以，哪怕对称加密算法本身无懈可击（一次一密算法已经被香农证明绝对安全），但因为对称密码的传递渠道并不安全，所以对称加密仍然不能称之为绝对安全（但能实现相对安全）。
       在互联网出现之前，“加密”这个东东只应用于政府和保密部门，与老百姓的生活无关，所以靠人力维持的保密通道仍然是可行的，但互联网出现以后，加密技术就开始了广泛的应用，进入到了人们的生产和生活当中去，比如我们在网络上的支付行为就涉及到了身份认证和数据加密。
       在这种情况下，对称密钥的分发就成为了大问题，试想在旺旺上聊天的2个人在做生意，既然是商业活动，那他们的信息交流就是商业秘密，需要加密传输。
       但这2个人如何商量同一个密码呢？打电话？短信？网络传输？都不行，这2个人相隔遥远，彼此也不认识，也永远不可能见面，他们之间实际上根本无法商讨同一个密码（基于普通人的身份，也不可能利用国家建立的保密通道传递密码）。
       在这种情况下，互联网使用了迪菲·赫尔曼提出的一种巧妙的算法，该算法能够在不安全的公开渠道上安全地传递对称密钥(需要“一对”密钥，即“公钥”和“私钥”)，这就是DH算法。之后由DH算法衍生出了RSA算法（非对称算加密算法）。
       由此可见，网络加密的安全性由对称加密和非对称加密2类算法共同保证-对称加密算法负责数据加密本身，非对称加密算法负责传递对称密钥。
       再谈谈传递密钥这件事。
       试想，如果DH算法被攻破，对称密钥在传递过程中被黑客窃听并还原成明文，那么后续的对称加密就毫无意义了。
       接下来的问题就是：DH算法安全么？非对称加密算法安全么？
       实际上，非对称加密的安全性一直没有在数学上得到证明，只是因为对大素数的因素分解的计算量太大了，超过当前计算机的承受能力（进行个几万年才能穷举出来），所以DH，RSA这类算法的安全性是基于工程学，而非数学。
       但工程学上的问题，随着技术的进步，迟早会被解决的，非对称加密就是其中的一个倒霉蛋。量子计算机实用化以后，其强大的计算能力就能够在很短的时间内穷举出DH、RSA的私钥，从而导致互联网加密体系的崩溃。
怎样避免这个潜在的灾难呢？以己之矛攻己之盾，盾赢！同样利用量子力学的原理保证密钥传递的安全性（也就是量子密钥分发）
       于是，加密算法绝对安全（一次一密），密钥传递过程绝对安全（量子密钥分发），前者是新技术，后者是老技术，两两结合，就创造出了新闻标题所说的：绝对安全的量子通信。
注意，结合上下文，这里的“量子通信”不是指利用量子力学的原理通信，而是利用量子力学的原理传递对称密钥。
以前做的实验，量子密钥分发的物理层是光纤，而“墨子”号是利用卫星在大气层直接分发。
量子计算机能够破解RSA，却不能破解一次一密这样的对称加密算法，如果要穷举该算法，哪怕是量子计算机也要算到宇宙的末日（也算不出来），所以用一次一密可抵抗量子计算机的攻击。