量子加密通讯技术,用的是粒子的3个特性定义出来的一套游戏规则
1、量子叠加态
2、量子纠缠态
3、量子测量坍缩
用这三个条件组合出一套加密游戏的人真是天才
1、三种状态之间的关系分析
量子叠加态
粒子的叠加态说的是粒子的自旋方向,粒子会不断地自旋,但这个方向是不确定的,有可能上旋,有可能下旋,有可能左旋,有可能右旋
量子纠缠态
用技术手段(什么技术手段俺也不知道,正常理解量子是最小单位不可分割的,但他就是被分开了)把一个粒子分成两个粒子后,这两个粒子就存在一个诡异的纠缠状态,无论这两个处于纠缠态的粒子分开多远,哪怕在宇宙的两端,他们都能彼此互相感应
量子测量坍缩
只要对其中一个粒子测量后,另一个都会同时坍塌,从而得出一个确定的自旋方向,这边这个向上旋转,另一个就一定是向下旋转,就好像我们的鞋子,分开装在两个盒子里,你打开一个是左脚的,另一个盒子就一定是右脚的
2、测量坍缩后,粒子就会得到一个确定的自旋状态,这边粒子左旋就人为定义成0,那边粒子右旋就人为定义成1,上旋,下旋也是一个道理
通过多次对发来的粒子测量,两边就会得到一串1001010010101101001的二进制数据,当然两边的数值是相反的,这边1100,那边就是0011,做个简单的反向转换就可以相同了
虽然两边收到的结果相同,但这种坍缩结果是随机的,没办法人为控制是1还是0,所以生成的是一串随机的二进制数据,谁也没办法预测和计算出这种粒子属性结果,生成的二进制就很安全,被当成了密文来用
计算机生成的随机数,只要计算力足够大,都不算安全,都可以破解,特别是普通计算机生成的数据在量子计算机的算力下,就显的有点薄弱
但这种粒子属性的随机性,指数值无限增加,至少当前科技的算力是没办法通过计算破解的,所以量子加密通信,被认为是当前最安全的加密技术
3、但是,也因为这种随机性无法人为控制的特性,收到的信息没办法转化为我们人类定义的二进制信息,比如0001认为定义的就是1这个数字,这收到的是一段乱七八糟的数据,就没办法翻译了
所以,还需要另外私下里给对方传递一封家书,这个不管你用什么传递都行,不需要加密,用微信,用邮件,打个电话给对方,甚至不嫌慢放个鸽子也行
告诉对方,把收到的这串随机二进制的第几个拿出来,再组合,就可以组合成确定的二进制编码,比如两边收到的是,010000101011,北京这边打个电话,叫深圳这边把1357这几个数提取出来,就变成了0001,那就是确定的数字1了
接着继续相同的解密操作就可以得出一封密文
4、举个例子
谍战片没少看吧?
电影中的地下组织成员,接头的人手里都有一本密码本,然后发布信息的上峰就很喜欢在报纸上发布些奇怪的信息,什么寻人启事打什么电话了,什么一篇无厘头的小文章之类的
下面的接头人就每天喝茶看报纸,每当看到这种奇怪的信息后,就会用特定的规律翻译出数字之类的,然后就对照密码本里的字典,得出组合的信息,有内鬼,停止交易
意思一个鸟样的,收到的量子信息不能传递信息,但可以成为只有两个纠缠粒子才能收到的点对点加密的密码本,没有第三个人能收到的玩意,所以安全系数达到max级
5、正常的量子加密传输,是上图这种模式,有个发射站也好,信号塔也好,卫星通讯也好,把分开的两个纠缠粒子,分别发送给两个接收端,好像现在的测试最远可以达到100公里,因为这玩意不能中转,只有一次传递机会,所以如果是地面发送的话,估计二三十公里吧,就会被地球的弧形挡住了,粒子是直线传播的,不在一条直线上就飞出地球了,所以用卫星分发,就可以有一个很大的三角形夹角,距离可以传送很远
有人会问了,那不能把两个纠缠的粒子送到另外一边吗?这样不是多远都可以传输了吗?
是可以,但这样就成了这两个点的固定传输了
想要给别的地方发送密文,又要另外再送一个粒子出去,这样就好比单点传输,最安全,但也很不方便,一个地方可以,如果要和十个,一百个地方传输信息呢?就得安装100部电话?拉100条线?
6、接下来说说为什么量子加密通信是最安全的加密手段
像现在我们用到的通信手段,无线电波,光纤,都是可以中间截胡窃听的,只要人家想,可以在传输的过程窃听到,安全性,不行了
但量子通信是靠点对点测量的,粒子的属性又是测量坍缩的随机性,同一对纠缠粒子,你这次测量是上旋,再次测量又可能是上旋或者下旋的任何一个值,所以如果有人在分发的中途对粒子测量,可能得到一串001000110100的值,但接收终端收到后再次测量得到的可能就是010110011101的结果
就算中途窃听的人再次得到解密的规律1357
解密出来的结果都是不同的
窃听方用1357解密出来的是0101
终端用1357解密出来的是0010
原理就是粒子可以多次测量,但每次测量的结果都不同
另外一种说法是,两个量子都是纠缠态,如果传输的中途有人测量其中一个粒子,另一个就会马上塌缩,终端就知道有人在窃听,立刻就可以停止传输
这种说法我有点没搞明白什么意思,测量塌缩被知道可以理解,但怎么知道对面的粒子是窃听的人在测量的,还是接收方在测量呢?
另外还有一点没搞懂的是,卫星发送到两边的粒子,距离不同,收到的粒子时间也不同,是怎么同时显示结果的,万一这边收到粒子测量了,另外一边的粒子还在路上,测量的结果不是就对不上了吗?
难道是接收终端有个确定制机,两边的粒子都收到了,会通信确认一下,再开始测量?
这样也是可以的哈
卫星只需要分别发送一对粒子给AB两点,AB两点都确认收到粒子后,才开始由A点测量,两边就可以同时得出相同的随机二进制值了
需要AC传输,又给AC传一对粒子就是
不管怎么样,虽然这种幽灵般的测量坍缩纠缠属性吹的比光速还快,距离超远,但传递都是随机的数值,没办法正确传递信息
还是需要传统的通信手段辅助另外发送解密信息,所以量子加密通信,重点还是在加密的安全性上,有效的信息传递还是限制在光速之内的传统通信方式,那封解密的密文传递速度