这种密钥真得破不了:量子密码学研究新突破
作者:星期二, 五月 3, 20160

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通过同一个光子分流器输出端口的光子无法继续分离

剑桥大学和东芝欧洲研究分会的研究人员找到了一种加速的方法,通过该方法可以使用量子密码学进行数据的安全传输。这一研发为更快且几乎不可能被监视的超安全通信铺平了道路。

很多加密方法都依赖于一种对于电脑来讲都非常难以破解的数字密钥来保证我们的在线数据安全。例如,要求对两个非常大的质数进行识别,以普通电脑的计算能力通常是很难做到的。但如果有了强大的量子计算机,要破解这种类型的密码简直是小菜一碟,那就必然会危及到我们的数字通信安全。

如果得到正确验证的话,这种量子计算机也无计可施的一次性加密方法或将是被证明唯一可靠的加密方法。我们来看看它的工作原理:首先,创建一个由完全随机的二进制序列组成的数字密钥;然后,通过向这个随机的二进制密钥添加信息位进行加密,再将加密后的密钥安全地发送到接收机。这样看来,这种密码看起来仿佛是真正的无懈可击。

要保持密钥的私密性就是一个挑战,不过量子物理学可以帮上忙。因为量子力学本身奇怪的和奇妙的特性使然,如果有人试图对密钥进行拦截,密钥本身就会发生改变,发送者和接收者就会立即收到通知。

一直以来,这种理想情况下长度必定不小于消息本身一次性的密钥,只能以每秒几百位的很慢的速率进行发送。幸运的是,研究人员Lucian Comandar和他的同事们已经找到一种方法可以将发送速率提高上万倍达到1Mbps,这对其在数字通信安全中进行实际应用将是重要的一步。

密钥的数据传输速率一直很慢的原因是因为量子密钥分发协议(即MDI-QKD安全协议)增加了系统的复杂性。协议要求第二个光子探测器和发送器与接收器之间的一个实体必须要对来自双方的光子进行测量。

协议依赖在分光器上干涉光子,实际上协议只能在同步计数的两台检测设备之间有效,而不是在一个检测设备上的单点计数。而且,因为单点计数低于(100%),所以同步计数甚至会更低。

此外,激光脉冲发送的频率并不稳定,在这种情况下,一个35微微秒的脉冲可能会加速到10微微秒,从而造成25微微秒几乎陷于停顿的背景噪声。

研究人员能够通过将两个激光脉冲进行重叠大大增加传输速度,即通过将光子从另一个激光脉冲注入前一个激光脉冲,研究人员就可以在精确的时间触发脉冲。这些更短、更精确的脉冲使得数据传输的速率大大得加快了。

该协议的构想在四年前才提出,三年前才进行了第一次实验验证,目前仍处于研发阶段,所以仍然有改进的余地。接下来的将试图对系统的所有组件实施改进。

 

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