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[摘要]本文主要介紹量子密碼技術的出現(xiàn)、基本原理,以及在網(wǎng)絡支付安全中的應用。

[關鍵詞]網(wǎng)絡支付信息安全量子計算量子密碼

目前電子商務日益普及,電子貨幣、電子支票、信用卡等綜合網(wǎng)絡支付手段已經(jīng)得到普遍使用。在網(wǎng)絡支付中,隱私信息需要防止被竊取或盜用。同時,訂貨和付款等信息被競爭對手獲悉或篡改還可能喪失商機等。因此在網(wǎng)絡支付中信息均有加密要求。

一、量子計算

隨著計算機的飛速發(fā)展，破譯數(shù)學密碼的難度也在降低。若能對任意極大整數(shù)快速做質(zhì)數(shù)分解，就可破解目前普遍采用的RSA密碼系統(tǒng)。但是以傳統(tǒng)已知最快的方法對整數(shù)做質(zhì)數(shù)分解，其復雜度是此整數(shù)位數(shù)的指數(shù)函數(shù)。正是如此巨額的計算復雜度保障了密碼系統(tǒng)的安全。

不過隨著量子計算機的出現(xiàn),計算達到超高速水平。其潛在計算速度遠遠高于傳統(tǒng)的電子計算機，如一臺具有5000個左右量子位(qubit)的量子計算機可以在30秒內(nèi)解決傳統(tǒng)超級計算機需要100億年才能解決的問題。量子位可代表了一個0或1,也可代表二者的結(jié)合,或是0和1之間的一種狀態(tài)。根據(jù)量子力學的基本原理,一個量子可同時有兩種狀態(tài),即一個量子可同時表示0和1。因此采用L個量子可一次同時對2L個數(shù)據(jù)進行處理,從而一步完成海量計算。

這種對計算問題的描述方法大大降低了計算復雜性，因此建立在這種能力上的量子計算機的運算能力是傳統(tǒng)計算機所無法相比的。例如一臺只有幾千量子比特的相對較小量子計算機就能破譯現(xiàn)存用來保證網(wǎng)上銀行和信用卡交易信息安全的所有公用密鑰密碼系統(tǒng)。因此，量子計算機會對現(xiàn)在的密碼系統(tǒng)造成極大威脅。不過，量子力學同時也提供了一個檢測信息交換是否安全的辦法，即量子密碼技術。

二、量子密碼技術的原理

從數(shù)學上講只要掌握了恰當?shù)姆椒ㄈ魏蚊艽a都可破譯。此外，由于密碼在被竊聽、破解時不會留下任何痕跡，用戶無法察覺，就會繼續(xù)使用同地址、密碼來存儲傳輸重要信息，從而造成更大損失。然而量子理論將會完全改變這一切。

自上世紀90年代以來科學家開始了量子密碼的研究。因為采用量子密碼技術加密的數(shù)據(jù)不可破譯，一旦有人非法獲取這些信息,使用者就會立即知道并采取措施。無論多么聰明的竊聽者在破譯密碼時都會留下痕跡。更驚嘆的是量子密碼甚至能在被竊聽的同時自動改變。毫無疑問這是一種真正安全、不可竊聽破譯的密碼。

以往密碼學的理論基礎是數(shù)學，而量子密碼學的理論基礎是量子力學，利用物理學原理來保護信息。其原理是“海森堡測不準原理”中所包含的一個特性，即當有人對量子系統(tǒng)進行偷窺時，同時也會破壞這個系統(tǒng)。在量子物理學中有一個“海森堡測不準原理”,如果人們開始準確了解到基本粒子動量的變化，那么也就開始喪失對該粒子位置變化的認識。所以如果使用光去觀察基本粒子,照亮粒子的光(即便僅一個光子)的行為都會使之改變路線,從而無法發(fā)現(xiàn)該粒子的實際位置。從這個原理也可知，對光子來講只有對光子實施干擾才能“看見”光子。因此對輸運光子線路的竊聽會破壞原通訊線路之間的相互關系,通訊會被中斷,這實際上就是一種不同于傳統(tǒng)需要加密解密的加密技術。在傳統(tǒng)加密交換中兩個通訊對象必須事先擁有共同信息——密鑰，包含需要加密、解密的算法數(shù)據(jù)信息。而先于信息傳輸?shù)拿荑€交換正是傳統(tǒng)加密協(xié)議的弱點。另外,還有“單量子不可復制定理”。它是上述原理的推論,指在不知道量子狀態(tài)的情況下復制單個量子是不可能的,因為要復制單個量子就必須先做測量,而測量必然會改變量子狀態(tài)。根據(jù)這兩個原理,即使量子密碼不幸被電腦黑客獲取,也會因測量過程中對量子狀態(tài)的改變使得黑客只能得到一些毫無意義的數(shù)據(jù)。

量子密碼就是利用量子狀態(tài)作為信息加密、解密的密鑰，其原理就是被愛因斯坦稱為“神秘遠距離活動”的量子糾纏。它是一種量子力學現(xiàn)象，指不論兩個粒子間距離有多遠，一個粒子的變化都會影響另一個粒子。因此當使用一個特殊晶體將一個光子割裂成一對糾纏的光子后，即使相距遙遠它們也是相互聯(lián)結(jié)的。只要測量出其中一個被糾纏光子的屬性，就容易推斷出其他光子的屬性。而且由這些光子產(chǎn)生的密碼只有通過特定發(fā)送器、吸收器才能閱讀。同時由于這些光子間的“神秘遠距離活動”獨一無二，只要有人要非法破譯這些密碼，就會不可避免地擾亂光子的性質(zhì)。而且異動的光子會像警鈴一樣顯示出入侵者的蹤跡，再高明的黑客對這種加密技術也將一籌莫展。

三、量子密碼技術在網(wǎng)絡支付中的發(fā)展與應用

由于量子密碼技術具有極好的市場前景和科學價值，故成為近年來國際學術界的一個前沿研究熱點，歐洲、北美和日本都進行了大量的研究。在一些前沿領域量子密碼技術非常被看好，許多針對性的應用實驗正在進行。例如美國的BBN多種技術公司正在試驗將量子密碼引進因特網(wǎng)，并抓緊研究名為“開關”的設施，使用戶可在因特網(wǎng)的大量加密量子流中接收屬于自己的密碼信息。應用在電子商務中，這種設施就可以確保在進行網(wǎng)絡支付時用戶密碼等各重要信息的安全。

2007年3月國際上首個量子密碼通信網(wǎng)絡由我國科學家郭光燦在北京測試運行成功。這是迄今為止國際公開報道的惟一無中轉(zhuǎn)、可同時任意互通的量子密碼通信網(wǎng)絡，標志著量子保密通信技術從點對點方式向網(wǎng)絡化邁出了關鍵一步。2007年4月日本的研究小組利用商業(yè)光纖線路成功完成了量子密碼傳輸?shù)尿炞C實驗，據(jù)悉此研究小組還計劃在2010年將這種量子密碼傳輸技術投入使用，為金融機構和政府機關提供服務。

隨著量子密碼技術的發(fā)展，在不久的將來它將在網(wǎng)絡支付的信息保護方面得到廣泛應用，例如獲取安全密鑰、對數(shù)據(jù)加密、信息隱藏、信息身份認證等。相信未來量子密碼技術將在確保電子支付安全中發(fā)揮至關重要的作用。

參考文獻:

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