我们每天早上醒来,拿起手机刷朋友圈、点外卖、扫乘车码,上班路上和同事发消息,下班回家网购付款,

打开网易新闻 查看精彩图片

这一切稀松平常的操作背后,其实都藏着无数次“通信”。

我们太习惯通信的存在了,就像习惯空气和水一样,很少停下来想一想:我们发出去的每一句话、每一笔转账,是怎么准确传到对方那里的?又是怎么保证不被半路的“坏人”偷走、篡改的?

进入21世纪,数据量爆炸式增长,互联网每天产生的信息比过去几百年加起来都多。

5G、物联网、人工智能一波接一波涌来,对算力的需求越来越大,传统计算机眼看着就要跟不上趟了。

这时候,“量子计算”四个字越来越频繁地出现在新闻里,伴随着各种耸人听闻的说法:“量子计算机能一秒破解所有密码”“银行账户瞬间不安全了”。

真相到底是什么?我们今天用的RSA密码真的不堪一击吗?量子通信又是什么,真的能实现“绝对安全”吗?

要讲清楚这些问题,我们得先从最根本的地方说起:到底什么是信息?什么是通信?密码又是怎么一步步保护我们的信息的?

先问大家一个问题:你觉得“今天下雨了”这句话,算信息吗?

很多人会说,当然算啊,这不是明摆着的消息吗?但其实不一定。

如果你正站在雨里,浑身都湿透了,别人跑过来跟你说“今天下雨了”,这句话对你来说就毫无信息量,因为你早就知道了,它没有消除任何不确定性。

这就是信息最核心的本质:信息是对不确定性的消除。

打开网易新闻 查看精彩图片

维基百科里对信息的定义很绕,但说的就是这个意思:信息回答了“某个事物是什么”的问题,它描述事物的属性,消除未知的部分。百度百科说信息是“通讯系统传输和处理的对象”,这个描述更偏向应用,但没说到本质。

我给大家举个例子就明白了。

假设你朋友去了一趟西北戈壁,回来兴冲冲跟你说:“我在沙漠里发现一种怪花,白天缩成枯草一样,天一黑就悄悄绽开,还带点淡香。”

这句话有没有信息?分情况:

如果你从来没去过沙漠,也没听说过这种花,那这句话就给你带来了全新的认知,消除了你对“沙漠里有没有晚上开的花”的不确定性,这就是实打实的信息。你要是相信朋友,还能基于这个描述建立一点关于沙漠植物的新知识。

如果你就是研究荒漠植物的学者,这种花你已经观察过几百次了,那朋友这句话对你来说就等于废话,没带来任何新信息。

如果你正在找这种花的分布证据,那朋友的描述就是一个珍贵的样本数据,能帮你验证自己的猜想,增加结论的可信度。

你看,同样一句话,对不同的人来说,信息量天差地别。信息从来不是孤立存在的,它永远和“接收者”绑定在一起。

1948年,数学家香农发表了一篇划时代的论文《通信的数学理论》,直接奠定了现代信息论的基础。他给信息量找了一个统一的衡量单位,比特(bit)。

打开网易新闻 查看精彩图片

怎么理解?

比如你抛一枚硬币,落地之前,你不知道是正面还是反面,有两种可能性。这时候有人告诉你结果是正面,就消除了这个不确定性,这个过程传递的信息量就是1比特。

如果是扔骰子呢?骰子有6个面,不确定性更大,消除这个不确定性大概需要2.58比特的信息。

说白了,比特就是用来衡量“不确定性多少”的单位。不确定性越大,消除它需要的信息就越多,比特数就越高。

信息还有一个特别重要的属性:时效性。

草原上的鹿群,第一只鹿发现猎豹扑过来,撒腿就跑,这个动作就是在给同伴传递“有危险”的信息。等所有鹿都反应过来开始奔跑,这个信息就被确认了。但要是等猎豹都咬到脖子了才反应过来,那信息就毫无价值了。

地震预警也是一个道理。提前10秒告诉你地震要来了,你能找地方躲避,这是救命的信息;地震都结束了才通知你,那就只是个通知,没有任何信息量。

还有很多人分不清数据、信息和知识。其实很好区分:

数据是 raw 的、零散的数值,比如“35℃”“100万”;

信息是有意义的数据,比如“今天气温35℃,比昨天高5度”;

知识是对信息的归纳和理解,比如“气温超过35℃属于高温天气,容易中暑,要注意防暑”。

我们每天刷手机看到的大部分内容,其实都只是“数据”和“信息”,离“知识”还差得远。

有了信息,那传递信息的过程,就是通信。

别觉得通信是人类的专利,其实整个生物界都在玩通信,而且玩得比我们早几十亿年。

细菌会释放特殊的化学分子,感知周围同类的密度,等数量到了阈值就一起发光、或者一起释放毒素,这叫“群体感应”;蜜蜂跳精准的8字舞,告诉同伴花蜜在哪个方向、有多远;萤火虫靠不同频率的闪光找配偶;蚂蚁靠信息素标记路线,还能用触角碰一碰交换信号。

可以说,生命本身就是一条巨大的信息流。

打开网易新闻 查看精彩图片

最核心的遗传物质DNA,就是一套写满信息的密码本,一代代往下传,告诉后代怎么长身体、怎么代谢、怎么应对环境。生命的繁衍,本质上就是信息的传承。

人类的厉害之处,是把通信玩出了新高度。

最早的人类靠手势、简单的叫声交流,后来慢慢演化出了复杂的语言。

语言绝对是人类进化的bug级发明。有了语言,才能组织几十上百人一起打猎、盖房子,才能把老一辈的经验精准传给下一代。

考古学界有一种观点:智人之所以能淘汰身体素质更强的尼安德特人,核心优势就是语言更复杂,群体协作能力更强。

但语言有天生的局限:只能面对面传播,说完就消失了,传不远,也留不久。

于是就有了文字。

大概五千多年前,苏美尔人在泥板上刻下了楔形文字,古埃及人画下了象形文字,中国人在甲骨上刻下了卜辞。

打开网易新闻 查看精彩图片

文字一出现,信息直接突破了时间和空间的限制:相隔千里的人可以通信,隔了几百年的人也能知道前人的想法。我们今天能知道两千多年前孔子说了什么,能读到古希腊哲人的思考,全靠文字记录。

再后来,印刷术发明了。

古腾堡的活字印刷机让书本不再是贵族和僧侣的专属,知识开始大规模向下普及,信息传播的速度和范围直接上了一个台阶。

直到今天,书籍、报纸、杂志依然是我们获取信息的重要渠道。

真正的革命发生在近代。

人类发现了电和磁,发现电磁波能以光速传播信息。于是有了电报、电话、无线电,再到后来的电视、光纤、互联网。

短短一百多年,人类的通信能力提升了何止千万倍。

以前寄一封信要走几个月,现在发一条微信零点几秒就到了;以前一家人守着一个收音机听广播,现在每个人手里都有手机,随时随地能看高清视频、打跨国电话。

说了这么多,一场完整的通信,到底需要哪几个核心要素?其实说穿了就五样:

第一,收发双方。得有发信息的人和收信息的人,这是通信的前提。密码学里习惯把收发双方叫Alice和Bob,就是个通用代号。

第二,共同的“语言”。这里的语言是广义的:你说中文对方懂中文才能聊;蜜蜂的舞蹈是蜜蜂的语言;电脑之间的TCP/IP协议也是语言。没有共同语言,信息就传不通。

第三,传输媒介。声音靠空气传播,光靠光子传播,手机信号靠电磁波。没有媒介,信息就寸步难行。你在真空里喊破喉咙,别人也听不见。

第四,传输信道。媒介是载体,信道是具体的通道。同样是电磁波,走光纤是一个信道,走基站无线传输又是一个信道。信道好不好、堵不堵,直接决定通信质量。

第五,信息存储。这个不是必须的,但能极大提升信息的价值。说完就忘的通信,传过就没了;有了存储,信息就能留着以后用,还能复制、转发。聊天记录、邮件、硬盘里的文件,都是存储。

这五样东西凑齐了,一场完整的通信才算完成。

平时我们聊天、刷视频,大多时候没想过保密。但有些场景下,信息只能让特定的人知道,绝对不能泄露给外人。

比如打仗的时候,作战计划要是被敌人截获了,那就要吃大败仗;你转钱的时候,支付密码要是被别人知道了,钱可能就没了;公司的商业机密要是被竞争对手拿到,市场上就会陷入被动。

这就需要保密通信。

打开网易新闻 查看精彩图片

其实仔细想想,所有通信本质上都有天然的保密性。

你在屋里小声说话,屋外的人就听不见;你用中文聊天,不懂中文的外国人就听不懂。但这种天然保密太弱了,稍微用点手段就能突破。真正的保密通信,是主动设计方法,把那些“不该收到信息的人”牢牢挡在外面。

密码学里,通常把这个窃听者、破坏者叫Eve,专门和Alice、Bob作对。

打开网易新闻 查看精彩图片

怎么才能做好保密?说白了就是从刚才说的通信五要素下手,随便堵死一个环节,Eve就拿不到有效信息。

第一种办法:从收发对象下手。直接把Eve排除在接收范围之外。比如你知道Eve今天出差不在公司,那在办公室开内部会就相对安全。但这个办法太依赖环境,非常不靠谱。

第二种办法:换一种Eve听不懂的语言。这是最古老也最常用的手段之一。二战的时候美国军方就用了这招:找了一批纳瓦霍族的士兵,用他们的土著语言当密码来传递命令。日本人截获了无线电信号,听得见声音,但完全听不懂是什么意思,根本没法破解。这就是电影《风语者》的原型。

咱们过去土匪的“黑话”也是这个道理。“天王盖地虎,宝塔镇河妖”,对上了暗号才知道是自己人,外人听了一头雾水。

第三种办法:换Eve感知不到的媒介。比如用超声波传递信息,人听不见,特定设备能接收;用定向激光对准一个点传信号,偏一点就收不到。

第四种办法:隔绝信道。在一个完全封闭的信道里通信,Eve根本搭不上线。比如在隔音密室里谈话,比如专用的保密光纤线路,别人没法窃听。

除了这四个,还有一个和保密同等重要的问题:身份认证。

你怎么确定对面跟你通信的人,真的是Bob,而不是Eve假扮的?

这个问题古人早就意识到了。

打开网易新闻 查看精彩图片

最经典的就是虎符:一个老虎形状的兵符,劈成两半,国君拿右半,将军拿左半。调兵的时候,使者带着国君的那一半去,两半合得上、纹理对得齐,将军才肯听令。现在出土的阳陵虎符,上面还刻着“甲兵之符,右在皇帝,左在阳陵”,就是干这个用的。

还有古代的腰牌、印信、书信上的印章和火漆,都是为了两件事:证明对方身份,防止内容被篡改。你看古装剧里接圣旨,都得先看印章对不对,就是这个道理。

到了互联网时代,身份认证更重要了。

你登录账号要输密码、刷脸,付款要收验证码,本质上都是在证明“你是你”。

不然随便一个人冒充你转走钱,那还得了?

可以说,保密通信从来就不只是“加密”这么简单,它是一整套系统工程:从身份验证到信息加密,再到传输通道防护,每个环节都不能掉链子。

说到加密,很多人第一反应就是“密码本”:发信的人按照密码本把字替换成别的字,收信的人再换回来。

这就是最经典的对称加密,加密和解密用的是同一个密钥,算法也是一样的,就像一把钥匙开一把锁。

人类用对称加密的历史特别久。

早在两千多年前,古罗马的凯撒大帝就发明了“凯撒密码”:把每个字母往后固定偏移几位,比如偏移3位,A变成D,B变成E,以此类推。单词“HELLO”加密之后就成了“KHOOR”。不知道偏移量的人看着是乱码,知道的人一挪就还原了。

打开网易新闻 查看精彩图片

这种密码叫“单表替换密码”,就是字母一一对应替换。

但它有个致命的弱点:字母的出现频率是固定的。

比如英文里字母E出现的频率最高,大概占12%,然后是T、A、O。

你把字母都替换了,但每个字母出现的频率没变。

阿拉伯人在公元9世纪就发现了这个秘密,发明了“频率分析法”:统计密文里每个符号出现的次数,出现最多的那个大概率对应E,然后一步步推导,就能把整个密码破解。

所以后来又出现了更复杂的“多表替换密码”,一个字母可以对应好几个密文字母,让频率没那么明显。

但不管怎么变,只要是对称加密,用得久了、密文攒得多了,总能找到规律和破绽。

到了二战的时候,最有名的对称加密设备就是德国的Enigma机,也就是“谜式密码机”。

它有好几个转子,每按一个键转子就转一下,替换规则跟着变;还有接线板可以交换字母,复杂程度直接拉满。

当时德国人坚信这密码绝对不可能被破解,放心大胆地用它传递各种军事命令。

结果英国的图灵带领团队,硬是找到了Enigma的设计破绽,造出了专门破解它的“炸弹机”,每天能破解几千条德军密电。

后来有人评价,图灵的工作让二战至少提前结束了两年。Enigma的故事也成了密码史上最传奇的一页。

说回对称加密,它的优点很明显:加密解密速度快,算法简单,安全性也不低。

但它有一个天生的、几乎无解的毛病:密钥怎么分发?

通信双方必须先拿到同一个密钥,才能加密通信对吧?那这个密钥怎么安全地交给对方?如果两个人能当面交换,那还能行;但如果相隔万里、素未谋面,怎么交换密钥?总不能先寄一封信把密钥寄过去吧?那密钥要是半路被Eve截获了,后面所有通信就全暴露了。

在以前通信节点少、相对固定的年代,这个问题还能勉强解决。比如银行之间,专门派专人送密钥本,定期更换。

但到了互联网时代,这一套彻底行不通了。

互联网上有几十亿个终端,随时随地都有新设备加入,网站、APP、网友千千万万。你总不能跟每个网站、每个网友都先见一面交换密钥吧?那成本高到天上去了,也根本不现实。

怎么办?难道互联网就没法实现保密通信了吗?

当然不是。

一场密码学的革命,正在悄悄酝酿。

1976年,两位密码学家迪菲和赫尔曼发表了一篇论文,提出了一个石破天惊的想法:加密和解密可以不用同一个密钥!

他们设想可以做一对密钥:一个是公开的,谁都能拿到,叫公钥;一个是保密的,只有自己知道,叫私钥。用公钥加密的信息,只能用对应的私钥解开;反过来,用私钥加密的信息,只能用对应的公钥解开。

这就是非对称加密,也叫公钥密码。

打开网易新闻 查看精彩图片

这个想法刚提出来的时候,很多人觉得是天方夜谭:哪有这样的锁,一把钥匙锁上,必须另一把才能打开?但数学上还真的能实现。

1977年,麻省理工学院的三位数学家李维斯特(Rivest)、萨莫尔(Shamir)和阿德曼(Adleman),基于“大数质因数分解”的数学难题,发明了著名的RSA算法,名字就来自三个人姓氏的首字母。

RSA的原理说穿了特别简单:找两个非常大的质数,把它们相乘,得到一个更大的数。做乘法很容易,普通电脑几秒钟就能算完;但反过来,给你这个乘积,让你找出是哪两个质数相乘得到的,就难如登天。

这就好比你把两杯细沙子倒在一起,搅和均匀,一秒钟的事;但你想把这杯混合沙重新分成完全一样的两杯,一粒都不差,几乎不可能。

公钥就是那个公开的乘积,私钥就是那两个保密的质数。

你把公钥公布到网上,所有人都能看到;别人要给你发保密信息,就用你的公钥加密,加密之后只有拿着私钥的你才能解开。

就算Eve截获了密文,也拿到了公钥,但他分解不开那个大数,自然解不开密文。

这个发明太精妙了,完美解决了互联网时代的密钥分发问题。你不需要提前和对方见面,不需要私下交换密钥,只要拿到对方的公钥,就能安全地通信。

打开网易新闻 查看精彩图片

除了加密,公钥密码还顺便解决了另一个大问题:数字签名。

刚才说了,私钥加密的信息,公钥能解开。那如果我用我的私钥加密一段信息发给你,你能用我的公钥解开,是不是就能证明这段信息确实是我发的?因为只有我有私钥啊。这就是数字签名的原理。

不仅如此,数字签名还能验证信息有没有被篡改。

通常的做法是:发信方先把原文用哈希函数(比如SHA-256)压缩成一个很短的“信息摘要”,然后用自己的私钥加密这个摘要,和加密后的正文一起发过去。

收信方收到之后,先把正文自己算一遍摘要,再用对方的公钥解开加密的摘要,两个一对比,完全一样就说明信息没被篡改,也确实是对方发的。

打开网易新闻 查看精彩图片

可能有人会问:公钥加密这么好,那我们直接所有内容都用公钥加密不行吗?

其实不行,因为公钥加密解密速度很慢。如果用来加密几GB的视频,那得等到猴年马月。所以实际应用中都是“混合加密”:

  1. 先随机生成一个临时的对称密钥,叫会话密钥;
  2. 用对方的公钥加密这个会话密钥,发过去;
  3. 对方用私钥解开,拿到会话密钥;
  4. 之后双方就用这个会话密钥加密正文通信。

这样既利用了公钥的安全性解决密钥分发,又利用了对称加密的速度优势,兼顾了安全和效率。

打开网易新闻 查看精彩图片

你平时上网,看到网址前面是https而不是http,就说明这个网站用了公钥加密。你输入的账号密码、银行卡号,都会用网站的公钥加密之后再传输,别人就算截获了也解不开。你用支付宝、微信付款,背后也是公钥密码体系在保驾护航。

可以说,没有公钥密码,就没有今天的互联网电商、在线支付,我们的网络生活不可能这么方便。

那RSA密码是不是绝对安全呢?当然不是。

它的安全性完全建立在“大数质因数分解很难”这个数学前提上。如果有一天,大数分解变得很容易了,RSA就彻底失效了。

这么多年来,人类一直在挑战RSA的破解记录,每一次破解都是算力提升的标志:

1999年,研究人员破解了RSA-155(155位二进制密钥)

2002年,破解了RSA-158

2009年,以Lenstra为首的团队成功破解了RSA-768,也就是768位的密钥。

768位听起来好像不多,但已经是当时经典计算的极限了。

那破解1024位的RSA有多难?

Lenstra团队做过估算,难度是768位的大约1000倍。如果用当年的普通台式机(2.2GHz处理器,2G内存)来算,大概需要150万年;就算用当时的超级计算机,算力是台式机的百万倍,也要一年多时间。

那现在主流的2048位RSA呢?

RSA实验室给出过数据:2048位密钥的破解难度,是1024位的2的32次方倍,也就是大约43亿倍。

我们来算一笔账:假设破解1024位RSA用普通台式机要150万年,那破解2048位就要150万 × 43亿 = 6450万亿年。

目前科学界估算宇宙的年龄也就138亿年。

也就是说,你从宇宙大爆炸第一天开始用台式机算,算到今天,连千分之二的进度都走不完。等你算完,宇宙都不知道重启多少回了。

就算用现在最顶尖的超级计算机,算力是普通台式机的百万倍,那也要大约6.45亿年,差不多就是大家常说的“10亿年级别”。

所以密码学界有个玩笑:与其担心经典计算机破解RSA-2048,不如担心太阳变成红巨星把地球烧,后者发生得可能还更快一点。

要是还不放心,我们还可以用更长的密钥,比如100万位的密钥。密钥变长之后,加密解密的速度不会慢太多,网络传输也就多花几毫秒,但破解难度是指数级上升的。经典计算机想破解100万位的RSA,基本就是天方夜谭。

本来大家日子过得好好的,觉得RSA足够安全。

直到量子计算的出现,准确地说是Shor算法的出现,打破了这份平静。

1994年,数学家彼得·肖(Peter Shor)提出了一个专门针对大数分解的量子算法,Shor算法。

打开网易新闻 查看精彩图片

这个算法最厉害的地方在于:它能把质因数分解的计算复杂度,从经典计算机的指数级,直接降到多项式级。

这话是什么意思?

简单说就是:经典计算机破解RSA,密钥每长一位,难度就翻一倍;但用量子计算机跑Shor算法,密钥变长,难度增加得非常缓慢。

打个不严谨的比方:经典计算机破解2048位RSA要10亿年,一台够用的量子计算机可能只需要几分钟。

这一下整个密码圈都炸了。

很多媒体跟风炒作:“量子计算机一出来,所有密码都废了!”“银行账户瞬间不安全了!”

但事实真的如此吗?

我们先得搞清楚:量子计算机为什么算得这么快?Shor算法到底是怎么工作的?

首先,量子计算机的核心是量子比特。

打开网易新闻 查看精彩图片

经典计算机的比特,一个时刻只能是0或者1,非此即彼。但量子比特不一样,它可以处于“既是0又是1”的叠加态。

n个量子比特,就能同时表示2^n种状态。

比如10个量子比特,就能同时表示1024种状态;20个就是百万级;30个就是十亿级。这种天然的并行性,就是量子计算的威力所在。

打开网易新闻 查看精彩图片

经典计算机要一个一个试的答案,量子计算机可以同时计算所有可能性。

Shor算法就是利用了这种量子并行性,再结合数论里的周期查找技巧,能快速找到大数的质因数。具体的数学原理很复杂,我们普通人只要知道一点:只要有一台足够强大、足够稳定的量子计算机,就能快速破解RSA。

但问题的关键是:这样的量子计算机,什么时候能造出来?

打开网易新闻 查看精彩图片

答案是:很远,至少十年二十年之内没戏。

为什么这么肯定?因为量子比特太娇贵了。

量子比特非常容易受环境干扰,温度、震动、微弱的电磁波,哪怕一点点干扰,都会让量子态出错,甚至直接坍缩,这叫“退相干”。现在的量子计算机,物理量子比特的错误率很高,大概千分之一甚至更高。

而Shor算法对错误率的要求极低,几乎不能出错。

要想稳定运行Shor算法,不能直接用物理量子比特,得先做出逻辑量子比特,通过量子纠错技术,用很多个物理量子比特来纠错,拼接成一个稳定、低错误率的逻辑比特。

比如现在主流的表面编码方案,要做出一个寿命够长、错误率达标的逻辑量子比特,大概需要上千个物理量子比特。

那运行Shor算法破解2048位RSA,需要多少个逻辑比特呢?大概需要几千个。

我们来算一笔账:一个逻辑比特要1000个物理比特,几千个逻辑比特就是几百万个物理量子比特。

几百万个物理量子比特是什么概念?现在最先进的商用量子计算机,比如IBM的Osprey处理器,也就433个物理量子比特,而且错误率还很高,连一个真正能用的逻辑比特都做不出来。

你想想,半导体晶体管从发明到集成几百万个,花了多少年?差不多半个世纪。

量子比特比晶体管娇贵得多,制造难度大得多,要做到几百万个稳定可控的物理比特,绝不是十年二十年能搞定的。

现在我们其实还处在“含噪声中等规模量子(NISQ)”时代:比特数不多,错误率高,只能做一些特定的优化、模拟任务,根本跑不了Shor算法。

所以业内普遍的看法是:能稳定运行Shor算法、实用化的通用量子计算机,至少还要二三十年,甚至更久。

当然,技术发展总有意外。

万一哪天量子计算突然突破了呢?所以密码学界也没闲着,早就开始布局“后量子密码”了,也就是量子计算机也很难破解的密码。

很多人一提到后量子时代的保密通信,第一反应就是“量子通信”。

量子通信,准确说是量子密钥分发(QKD),它的核心原理是量子力学的“不可克隆原理”:你不可能完美复制一个未知的量子态。

打开网易新闻 查看精彩图片

如果有人在半路窃听密钥,就必须测量光子,而测量必然会改变光子的状态,收发双方一比对错误率就能发现。

换句话说,量子密钥分发能做到“一旦有人监听,立刻就能察觉”,从物理原理上保证了密钥分发的安全性。

打开网易新闻 查看精彩图片

最经典的是BB84协议:发送方随机发送不同偏振方向的光子,接收方随机选测量基,然后双方公开比对用的基,留下基相同的那些比特,就是最终的密钥。

如果有人窃听,就会引入额外的错误,双方发现后直接弃用这次密钥就行。

听起来很美好对不对?但量子通信也有很多现实局限。

首先,它只能分发密钥,不能直接传输信息。

信息本身还是要走经典信道,用密钥加密之后再传。所以量子通信不是什么“超光速通信”,也不能直接传内容,它只是解决了密钥分发的安全问题。

其次,传输距离是大问题。

光子在光纤里传输会有损耗,传个几十上百公里就衰减得差不多了。要传更远就得用量子中继,但量子中继技术现在还很不成熟,离实用化很远。现在的量子通信干线,比如京沪干线,其实用的是“可信中继”,中间节点要先把密钥解密再加密,和经典中继的逻辑差不多,并不是端到端的量子安全。

第三,效率很低。量子密钥分发的成码率很低,每秒也就几兆甚至更少,和经典通信的千兆带宽比起来,差了好几个数量级。

所以现在量子通信的应用场景非常有限,只有一些对安全性要求极高的特殊场合才会用。对于普通老百姓来说,暂时还接触不到。

那除了量子通信,还有别的办法吗?当然有,而且更接地气,就是后量子密码,也叫抗量子密码。

简单说,就是找一些不管经典计算机还是量子计算机都很难解决的数学难题,基于这些难题设计新的加密算法。就算量子计算机成熟了,也破解不了。

现在美国国家标准与技术研究院(NIST)已经选出了第一批后量子密码标准,主要有四大方向:格密码、哈希密码、多变量密码、基于编码的密码。

其中最被看好的是格密码。

打开网易新闻 查看精彩图片

它基于高维空间里的“最短向量问题”:在一个复杂的高维格子里,找到最短的那个向量。

这个问题目前不管是经典算法还是量子算法,都没有高效的解法。而且格密码加密解密速度快,适合在各种设备上运行,从服务器到手机都能跑。

和量子通信比起来,后量子密码的好处太明显了:它就是纯软件算法,不用换硬件,不用铺光纤,只要升级一下软件、更新一下算法就能用,成本极低,容易大规模普及。

现在很多互联网巨头已经开始在服务器上测试部署后量子密码,为未来做准备。

说到这里,我们从信息的本质讲到通信的原理,从古代密码讲到量子计算,差不多也该收尾了。

回头看人类的通信史,其实就是一部不断追求更快、更远、更安全的历史。

从最早的手势呼喊,到文字书信,到电报电话,再到移动互联网,信息传播的速度越来越快,范围越来越广,我们的生活也因此越来越便利。

而保密通信,也跟着一路进化。

从凯撒密码到Enigma机,从对称加密到公钥密码,再到未来的后量子密码和量子通信,攻击的手段在升级,防御的技术也在进步。道高一尺,魔高一丈,从来没有绝对的安全,也没有永远破解不了的密码。

很多人觉得密码学很深奥,离自己很远。

但其实它无处不在:你手机的锁屏密码,你连的WiFi,你刷的银行卡,你登录的网站,你发的每一条加密消息,背后都有密码学在支撑。

21世纪是信息的时代,信息就是最重要的资产。保护信息安全,就是保护我们每个人的隐私和财产。

未来,量子计算、人工智能、物联网还会继续改变我们的生活,第二次信息革命还会继续深入。不管技术怎么变,通信的本质永远是传递信息,安全的本质永远是攻防的动态平衡。

我们不用神化量子计算,也不用贬低经典密码。

技术的发展自有其规律,一步一步来,总会有对应的解决方案。