量子密码学

“量子密码学”这个术语到底包含什么意思？

量子安全利用量子力学理论的原理来保证安全的人际互动。量子密钥分发（QKD）是一种方法，允许两个人建立一个共同拥有的秘密密钥，用于加密和解密通信，这可能是最知名的应用。第一个流行的服务质量方法使用了 BB84 标准，它传输分裂辐射，特别是其状态。任何试图窃取信息的行为都会导致这些状态变得混乱，并提供明显的错误。密钥的传播和利用了量子纠缠的概念，其中一个粒子的当前状态会立即影响另一个粒子的电源状态。量子加密的保密性由量子力学理论的数学原理保证，与依赖于破解规则的数学挑战的经典数字签名相反。目前，该技术正在被军队、银行和需要加密通信的政府部门研究。

量子加密是如何设置的？

量子安全的主要工作方式是量子密钥分发（QKD），它最初允许双方建立一个无法随时向他们透露的共同秘密密码。这使得可以进行加密通信。以下是关于语言熟练度如何工作的详细解释。

量子传输；（基于 QKD 的）密钥

量子安全通信的基本原理是 QKD，它已经通过 BB84 等技术得到了展示。这总结了 QKD 的更广泛过程。

准备和交付

• Bob 是接收来自 Alice（第一方）准备和传输的电子的接收者。
• 每个光子有四种可能的偏振状态，它们由二进制信息（0 或 1）的位表示。BB84 协议中描述的状态，这些状态经常被使用。
• 为了识别 0 和 1 之间的位值，只有一个基包含对称（0°）和向下（90°）的时期。
• 在另一个基本问题中，0 和 1 等位值具有 +45° 和 -45° 的分叉。

测量

• Bob 接收电子，然后使用随机选择的基来测量它们各自的偏振位置。他完全不知道 Alice 选择的基。
• Alice 和 Bob 在发射前后都会检查他们的基（忽略他们如何测量结果）。

基本排序

• 他们的公司只保留他们指标的最低点匹配的那些部分。基本密钥通过这种子集生成。

检查错误并进行校正。例如

• 他们的公司会传输错误检查以确保原始密钥的准确性。他们的公司可以通过提供包含关键信息的一些微小、固定的组件来对比自己。
• 如果偏差速度保持在合理范围内，则保留额外的位。如果偏差速度过高，他们应该丢弃密钥并重新开始，因为这可能表明存在窃听。

安全增强

• Alice 和 Bob 使用另一种称为隐私增强的方法来进一步保护加密密钥。为了删除窃听者可能拥有的任何未完成的数据，这包括压缩未修改的密钥。

安全基础

量子数据加密的完整性源于量子技术的基本原理。

• 不可克隆定理表明，无法精确复制未识别的量子属性。因此，恶意窃听者无法秘密地模仿并重新传输电子。
• 海森堡不确定性原理：量子机制在被评估时会受到干扰。窃听者尝试测量量子技术位进行的任何尝试都将导致可检测到的异常。

实际实施

尽管 QKD 具有强大的理论基础，但实施需要许多因素。

• 在光子文档和检测设备中使用专门的技术基础设施来生成和确定单个光子。
• 量子通信渠道的例子通常是自由空间链路和用于在...中通信光子的光纤。
• 经典协作通道是通常的信道，通过该信道，两个人可以对比基、发生错误并进一步提高匿名性。私钥的保密性可以通过电磁通道来保证，因此该链路不需要身份验证来保护。

合适用途

许多量子数字加密的应用正在构建和评估中，包括以下内容：

• 经济互动：提供安排，银行能够与同行紧密互动。
• 保护部门：保护政府和军事通信的专有数据。
• 商业运营：提供服务以确保商业互动，某些组织出售 QKD 机制。

因此，量子数据加密通过应用量子力学理论的理论来分配加密形式的按键。QKD 的方法通过确保任何窃听企图都能被轻易识别，提供了致命的、无法渗透的保护程度。

量子数字加密算法通常的方法是什么？

量子数据加密中最广泛使用的方法是 BB84 协议，由 Charles 的公司 Bennett 和 Gilles Brassard 于 1984 年创建。以下是其工作原理的简要概述。

BB84 协议设置

• Alice 的身份以以下四种偏振状态之一来准备光子：+45°、-45°、水平（90°）和垂直（0°）。这些状态与具有对角线绘制和矩形基的二进制信息位有些对应。

传输

• Bob 接收来自 Alice 的这些电磁波，一次一个，通过电磁通道。

求值

• Bob 任意选择任一基来确定每个光子的偏振方向。

基评估

• Bob 和 Alice 在信号传输后（除了测试结果）公开评估他们各自选择的基。
• 基不匹配的每个位都被删除。

关键分类

• 原始密钥由所有基相匹配的部分组成。

故障识别和更正

• Alice 和 Bob 都对他们最重要的细节进行几乎随机的采样，以确定是否有任何错误。如果错误率被确定为合适，他们会修复找到的任何错误并删除可见的片段。如果被认为是过高的，则表明可能存在窃听，并且密码被丢弃。

安全增强过程

• 为了确保窃听者可能拥有的任何数据最小化，他们应该应用一个数学过程来保留密钥。这会产生一个更短但更安全的密钥。

其他协议

尽管 BB84 已成为一项非常广泛认可的规定，但还有许多其他类型，包括以下内容：

• E91 协议：该协议于 1991 年由 Artur Ekert 制定，它通过量子纠缠来定义保护。Alice 和 Bob 都接收纠缠的粒子，并通过查看他们观察结果之间的关联来找到解决方案。
• BBM92 协议：除了 BB84，这种协议在领域速度 E91 方面有相似之处，但采用了完全不同的测量技术。它也利用了纠缠。

挑战

为实现量子数字加密而生产技术基础设施面临着对安全性和集中化部件的要求。传输限制限制了频谱，而适应性和成本效益仍然是挑战。技术问题在与现有基础设施集成过程中出现，并且必须彻底调查安全假设以应对可能的攻击。尽管标准化方法很重要，但它们的多样化使其变得复杂。必须通过跨学科的创造性头脑风暴和协作努力来克服这些障碍。