什麼是量子密碼學,它比經典密碼學好在哪裡?


密碼學的起源

所有偉大的文明都努力以安全的方式傳送通訊。只有美索不達米亞人、古希臘人、古代中國人以及斯巴達人使用加密來保密他們的傳輸。儘管這些文明當時使用了先進的密碼學,但它們並非牢不可破。多年來,密碼學已經發展到我們的大腦無法獨自破譯的地步。

目前,量子密碼學是現存最複雜的加密方式。雖然 Stephen Wiesner 最初在 20 世紀 70 年代提出了它,但它首次發表於 1983 年。由於量子計算機的進步,量子密碼學現在是一個熱門研究領域,這已不是什麼秘密。根據最近的一份報告,這些量子計算的進步對當今使用最廣泛的關鍵分發方法構成了威脅。量子計算機有可能解決經典計算機理論上可以解決但在多項式時間內無法用現有計算機解決的數學問題。事實上,量子密碼學並不依賴於計算安全,而是依賴於量子物理規則。這一見解引發了對量子密碼學的研究。

經典密碼學

密碼學透過獲取明文通訊並將其轉換為對任何可能感興趣的人來說都是難以理解的訊息來處理隱藏的知識。由於越來越多的人出於各種目的(包括電子商務和網上銀行)使用網際網路,對密碼學的需求正在急劇增長。應透過密碼學來解決保密性、真實性和問責制等安全服務。

為了防止資訊未經授權的洩露,必須對通訊保密。 *真實性* 和 *問責制* 用於驗證傳送者是否是其自稱的人。透過將明文訊息與金鑰結合並生成密文,可以實現這些目標。任何沒有解密訊息金鑰的人將無法使用此加密文字。

  • 有一些數學問題,例如分解兩個大素數,是 NP-hard 的。由於難以單向計算該函式,這些問題被稱為 **陷門函式**。

  • 傳統上,密碼學分為 **非對稱** 和 **對稱密碼學**。這是一種使用單個金鑰進行加密和解密的密碼學型別。

  • 在非對稱密碼學(也稱為公開金鑰密碼學)中,可以使用公鑰和私鑰進行加密和解密。

  • 它依賴於數學問題的 NP-hard 性,不提供理論安全,而是計算安全。

  • 因此,數學上的突破可能會使公開金鑰密碼學失效,從而在透過非對稱密碼學傳送時使對稱金鑰不安全。

考慮到目前使用的絕大多數電子商務和身份驗證服務都採用非對稱加密,難怪這是一個問題。

量子密碼學

量子密碼學不像依賴於未經驗證的數學問題,而是透過使用我們知道為真的物理原理來確保資料傳輸的安全。

  • 它在 20 世紀 70 年代首次提出,直到 20 世紀 90 年代初才應用於資訊安全領域。

  • 除了解決金鑰分發問題外,量子密碼學實際上並沒有傳輸任何有意義的資訊。

  • 無論光子是透過光纖還是透過空曠的空間傳輸,它們都符合海森堡不確定性原理或量子糾纏。

  • 根據海森堡的理論,當用資訊編碼光子的特性時,會產生不確定性,以至於任何試圖監控光子的嘗試都會改變這些特性並可被觀察到。

  • 根據量子理論,某些物理屬性是互補的,因此測量一個會改變另一個。

  • *量子糾纏* 是一種狀態,其中兩個或多個光子在物理上是糾纏的,即使它們在空間上是分開的。對一個系統進行的測量似乎會對緊密相連的其他系統產生瞬時影響,即使它們在物理上是遙遠的。

更新於:2021年11月5日

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