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量子保密通信安全再升级

2018-10-28 17:58 | 海峡网 |
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量子保密通信安全再升级

  图为中国电子科技集团公司研发的随机数发生器。 (资料图片)

  我国量子保密通信安全研究迎来又一重大突破。前不久,中国科学技术大学教授潘建伟团队宣布,利用量子纠缠的内禀随机性,在国际上首次成功实现器件无关的量子随机数。这项突破性成果将在数值模拟、密码学等领域得到广泛应用,有望形成新的随机数国际标准

  无论经典密码学还是量子保密通信,都需要真正的随机数作为保障。在现有量子保密通信系统中,如果不小心采用了恶意第三方制造的量子随机数器件,就可能发生随机数泄露。根据中国电子科技集团公司首席专家、中国网络信息安全有限公司总工程师饶志宏的说法,“器件无关”是指,即使在随机数产生系统的部分乃至全部器件来自于不可信厂商的恶意器件情况下,也可以产生不会泄露的真随机数。也就是说,“系统的安全性与器件的具体情况无关”。

  无处不在的随机数

  在众多领域,常常需要通过数值模拟进行计算,而数值模拟的关键就是要有大量随机数的输入

  无论是在科学研究还是日常生活中,随机数都有着重要应用。

  例如,天气预报、新药研制、材料设计、工业设计和核武器研制等领域,常常需要通过数值模拟进行计算,而数值模拟的关键就是要有大量随机数的输入。在游戏设计、人工智能等领域,需要使用随机数来控制系统的演化;在通信安全、现代密码学等领域,则需要第三方完全不知道的随机数作为安全性的基础。

  随机数的获取通常有两种途径:基于软件算法实现或基于经典热噪声实现。软件算法实现的随机数是利用算法,根据输入的随机数种子给出均匀分布的输出。然而,对于确定的输入,固定的算法将给出确定的输出序列,从这个角度来说,这类随机数本质上仍是确定性的,并不真正随机。而基于经典热噪声的随机数芯片能读取当前物理环境中的噪声,并据此获得随机数,但这类装置最终获得的也只是某种更难预测的伪随机数。

  量子力学的发现让故事有了新的转折——因为,其基本物理过程具有经典物理中所不具有的内禀随机性,从而可以制造出真正的随机数产生器。

  所谓内禀随机性,饶志宏解释,任意量子态都具有内禀随机性,纠缠作为一种特殊的量子态,也不例外。在测量下,它会概率性输出其测量的本征值,这个测量结果具有理论上的不可预测性,即内禀随机性。而量子随机数发生器,是基于量子力学原理设计的一种新型随机数发生器,其工作原理是,通过观测量子随机噪声以产生不可预测的随机序列。

  “随机数系统中的关键器件,比如光源、探测器等,可能来自于国外不可控厂商,因此存在安全隐患。”在饶志宏看来,基于量子纠缠内禀随机性的量子随机数产生机制是有科学意义的,此类方案可以排除由非可信器件所引入的安全漏洞,具有理论意义上最高等级的安全性,同时也是国际学术研究的热点。

  量子力学内禀随机性

  利用贝尔实验进行检验,能从根本上排除定域确定性理论,从而实现不依赖于器件的量子随机数,即器件无关量子随机数

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