什么是量子密码学,它比经典密码学好在哪里?


密码学的起源

所有伟大的文明都努力以安全的方式发送通信。只有美索不达米亚人、古希腊人、古代中国人以及斯巴达人使用加密来保密他们的传输。尽管这些文明当时使用了先进的密码学,但它们并非牢不可破。多年来,密码学已经发展到我们的大脑无法独自破译的地步。

目前,量子密码学是现存最复杂的加密方式。虽然 Stephen Wiesner 最初在 20 世纪 70 年代提出了它,但它首次发表于 1983 年。由于量子计算机的进步,量子密码学现在是一个热门研究领域,这已不是什么秘密。根据最近的一份报告,这些量子计算的进步对当今使用最广泛的关键分发方法构成了威胁。量子计算机有可能解决经典计算机理论上可以解决但在多项式时间内无法用现有计算机解决的数学问题。事实上,量子密码学并不依赖于计算安全,而是依赖于量子物理规则。这一见解引发了对量子密码学的研究。

经典密码学

密码学通过获取明文通信并将其转换为对任何可能感兴趣的人来说都是难以理解的消息来处理隐藏的知识。由于越来越多的人出于各种目的(包括电子商务和网上银行)使用互联网,对密码学的需求正在急剧增长。应通过密码学来解决保密性、真实性和问责制等安全服务。

为了防止信息未经授权的泄露,必须对通信保密。 *真实性* 和 *问责制* 用于验证发送者是否是其自称的人。通过将明文消息与密钥结合并生成密文,可以实现这些目标。任何没有解密消息密钥的人将无法使用此加密文本。

  • 有一些数学问题,例如分解两个大素数,是 NP-hard 的。由于难以单向计算该函数,这些问题被称为 **陷门函数**。

  • 传统上,密码学分为 **非对称** 和 **对称密码学**。这是一种使用单个密钥进行加密和解密的密码学类型。

  • 在非对称密码学(也称为公开密钥密码学)中,可以使用公钥和私钥进行加密和解密。

  • 它依赖于数学问题的 NP-hard 性,不提供理论安全,而是计算安全。

  • 因此,数学上的突破可能会使公开密钥密码学失效,从而在通过非对称密码学发送时使对称密钥不安全。

考虑到目前使用的绝大多数电子商务和身份验证服务都采用非对称加密,难怪这是一个问题。

量子密码学

量子密码学不像依赖于未经验证的数学问题,而是通过使用我们知道为真的物理原理来确保数据传输的安全。

  • 它在 20 世纪 70 年代首次提出,直到 20 世纪 90 年代初才应用于信息安全领域。

  • 除了解决密钥分发问题外,量子密码学实际上并没有传输任何有意义的信息。

  • 无论光子是通过光纤还是通过空旷的空间传输,它们都符合海森堡不确定性原理或量子纠缠。

  • 根据海森堡的理论,当用信息编码光子的特性时,会产生不确定性,以至于任何试图监控光子的尝试都会改变这些特性并可被观察到。

  • 根据量子理论,某些物理属性是互补的,因此测量一个会改变另一个。

  • *量子纠缠* 是一种状态,其中两个或多个光子在物理上是纠缠的,即使它们在空间上是分开的。对一个系统进行的测量似乎会对紧密相连的其他系统产生瞬时影响,即使它们在物理上是遥远的。

更新于:2021年11月5日

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