量子凯撒密码

纵览15主编:魏刚编辑:赵广立校对:么辰E-mail押glzhao@stimes.
cn2014年3月28日星期五Tel押(010)62580720"现在很多东西都能克隆———甚至有人想克隆爱因斯坦———但量子态不能克隆,世界上没有一个'量子机'能对任意一个未知的量子态进行完全相同的复制过程,这就是量子不可克隆定理.
用量子态做密码的安全性就在于此.
"日前,中科院院士、全国量子光学专业委员会主任郭光灿谈到量子技术的应用时说,"量子密码是量子学中第一个可用的技术.
""未来的100年人类会进入量子调控新纪元,会有一批新的技术叫量子技术.
影响最大的是量子计算机,大概还有10~20年以后才能实现;但是量子密码,现在已经到了实用阶段.
"郭光灿说.
信息安全,永无休止的博弈古今中外,人们给信息加密的手段层出不穷,"加密"正是为了保护信息安全.
据《六韬·龙韬·阴符》载:"主与将有阴符,凡八等:有大胜克敌之符,长一尺;破军擒将之符,长九寸;降城得邑之符,长八寸;却敌报远之符,长七寸;警众坚守之符,长六寸;请粮益兵之符,长五寸;败军亡将之符,长四寸;失利亡士之符,长三寸.
"还有古罗马的凯撒密码盘,古斯巴达人的"天书"密码……直到近代,德国在二战中用上了密码机.
而成功破译轴心国的通信密码,对盟军的最后获胜也起到关键作用.
"人类进入信息时代,信息安全的重要性更加非同一般.
"郭光灿指出,密码系统的诞生,就是为信息安全保驾护航.
然而,无论多么高级别的密码系统,都不可避免地遭受着被破译的风险,"威胁无处不在".
"信息安全的重要性已经提升到了国家层面,许多国家都有网络司令部、信息战军团,动用海量软、硬件资源,甚至国家力量破解现有加密系统———网络武器、网络恐怖主义和网络战争已经迫在眉睫,信息保护升级刻不容缓.
"郭光灿举例说,"比如网络上的一个安全漏洞,2001年需要花6个月找出来,2005年只需1~2天,到了2010年两个小时就够了,现在肯定更快.
"加密与破译如同盾和矛,它们之间的博弈永不停息.
目前,人们已经可以使用专用芯片、并行计算等进行密码破译,而随着量子计算机的脚步越来越近,更是对现有密码体制提出了严峻挑战.
郭光灿说:"量子计算机可以挑战现在所有保密方式,也就是说,挑战的是现代密码学.
"来自量子计算机的挑战密码学研究信息从发端到收端的安全传输和安全存储,是研究"知己知彼"的一门科学.
现有的密码体制各不相同,但它们都可以分为对称密钥(如DES密码)和非对称密钥(如RSA密码).
前者的加密过程和脱密过程相同,而且所用的密钥也相同;后者,每个用户都有各自的公开和私人密钥.
"对称密钥体制中加密和解密的密钥一样,因此密钥要保密,如果被第三者窃取,就失败了.
"郭光灿介绍说,"现在证明(对称密钥)有一种保密方式绝对不可能被破译,即一次一密.
密钥用一次就丢掉,这种密钥理论上不可破译.
"一次一密是在流密码中使用与消息长度等长的随机密钥,每个密钥使用一次后即销毁.
由于使用与消息等长的随机密钥,产生与原文没有任何统计关系的随机输出,因此一次一密方案不可破解.
人类似乎找到了安全的通讯办法.
然而,一次一密也有明显的缺陷.
"一次一密的密钥就要大量的密钥,产生大量的随机数,密钥的更新是个大问题,比如密码本上的密钥用完了怎么办被窃取就更麻烦.
"郭光灿说,"尽管一次一密绝对安全,但密钥传输是漏洞.
""有没有解决办法有,就是非对称密钥,使用加密的密钥.
"郭光灿说,由于公钥公开对外发布,想给私钥持有者发送信息的人都可以取得公钥,用公钥加密后,发送给私钥持有者,即使被拦截或窃取,没有私钥的攻击者也无法获得加密后的信息,可以保证信息的安全传输.
这样安不安全呢人们能不能通过计算机破解加密信息呢郭光灿介绍说,这又引申到一个数学问题,基于大数因子分解的难题,保证从公开密钥推导出私有密钥需耗费极为巨大的资源.
"比如将一个129位数分解成64位素数*65位素数,1977年的计算机水平要耗时400万年计算出来;到1994年,8个月就可以破解掉;而如果人们发明了量子计算机,2000个Qubit的量子计算机1秒就能破解.
"郭光灿说,这种密码方案也只是相对安全,即计算安全性———原理上可破译,但须耗费极大的时间和资源.
而一旦量子计算机研制成功,现有的基于大数分解的RSA密钥将无密可保.
"在路上"的量子密码"密码的安全性有两种,一种为计算安全性,原理上可破译,但须耗费大量的时间和资源;第二种是无条件安全性,原理上不可破译,无论窃听者能力如何强大.
一次一密可以做到无条件安全,问题是如何分配密钥.
"郭光灿指出,"现在我们可以靠量子密码来解决这个问题.
"量子密码是利用信息载体(例如光子等粒子)的量子特性,以量子态作为符号描述的密码.
"利用量子的性质,量子的不确定性和概率性,可以规避经典密码中的短板.
"郭光灿介绍说,经典比特只有0、1两种状态,例如对应着晶体管的电流导通和截止两种状态;由于态叠加原理,量子比特不仅可以处在0、1两种状态,还可以处在0、1的叠加态,例如对应着电子自旋状态、光子的偏振状态.
另外,量子密码的安全性由量子力学的物理原理保障.
根据"测量塌缩理论"(对量子态进行测量将会改变最初的量子态),窃听者的存在会引入额外误码.
"比如,无窃听者存在时,误码率为0;受截取重发攻击时,误码率为25%.
当误码率超过了阈值,就表示信道中间存在窃听者.
此时警报响起,停止密钥分发,已分发密钥丢弃不用.
"郭光灿说.
"量子密钥建立密码的程序可以发现窃听,经典密码是做不到的,这是量子密码的安全性.
"郭光灿告诉记者,理论上能够证明,量子密码不仅能抵抗经典的截取重发攻击,即使在量子攻击下也是安全的.
实际上,量子密钥分配的理论安全性已得到了严格的数学证明.
1999年,首个量子密钥分配的无条件安全性证明被提出;2001年,理想的BB84协议被证明无条件安全.
"现在已经快到实用阶段了.
"郭光灿介绍说,2004年,其课题组在国际上首次成功分析实际光纤量子密码系统不稳定的原因,并使用法拉第反射镜的迈克尔逊干涉方案实现了国际上第一个城际量子密码实验,量子线路长度125公里,创下了当时的世界纪录.
当前,量子密码技术的应用化还面临若干障碍,主要的有量子密码系统的实际安全性问题,即由于器件等的非理想性导致安全性漏洞.
量子密码系统必须能经受得住现有所有可能手段的攻击才可以实际应用.
另外,提高密码比特率、研制实用量子中继器等也是重要的问题.
最近,丹麦Aarhus大学教授MartinKristensen着手研究使用集成光学的方法制造量子密码芯片,已取得了初步成果.
"预计在5到10年内,就会有能够投入市场的量子密码芯片成品.
"郭光灿说.
数字广东科学中心(以下简称中心)毗邻广州大学城,屹立于珠江下游小谷围岛西侧,三面环水,气势恢宏.
作为广东科普的主战场,该中心集科普教育、科技成果展示、学术交流等于一体,是亚洲规模最大、功能最全的科普场馆.
深受观众喜爱的科学公园广东科学中心具有科普教育、科技成果展示、学术交流、休闲旅游四大功能,是广东省重要的公益性科普教育基地.
馆内目前设有10个常设主题展区和7个开放实验室,另有1个科学探究工作坊以及多个临时主题展区.
展品采用多种高新技术,将科学性、知识性、趣味性有机融合,让观众在动手参与、亲身体验中获得科技知识.
"儿童天地"馆通过互动游戏、角色扮演、情景体验等互动参与方式,让小朋友在玩耍中发现周围世界里的科学现象;"实验与发现"展馆,使观众置身于科学实验室的氛围中,体验科学先驱们的伟大发现过程,领悟科学探究的思想方法;"绿色家园"馆以岭南生态为背景,展示自然生态环境及其变迁规律和人类不当行为导致的资源危机、环境污染和生态失衡,进而推动全社会开展新能源利用等绿色行动,传播绿色文明;在"飞天之梦"馆,航天器、宇航服、滑翔机、热气球应有尽有,观众在这可以追随人类探索飞行的脚步,了解航空、航天领域的科技及有关天文学知识.
还有"感知与思维"馆宣扬科学理念、"人与健康"馆阐述健康生活方式等等,各有特点.
值得一提的是,户外的科学探索乐园拥有8万平方米人工湖、60多个经典科学展品,培植有2000多种岭南特色植物,设计独特,景观迷人,是深受观众喜爱的科学公园.
引进一流展览除自主创新拓展外,广东科学中心还积极引进国内外大批高水平的临展.
比如,以"金色骑楼,绿色生活"为主题的上海世博广东馆原貌回迁,它呈现出浓郁的岭南味道,引人入胜;又如从意大利原装引进的"达芬奇的科学密码"展览,通过"解码"达芬奇的手稿,复原了100多件达芬奇的发明、设计和艺术作品,包括军事机器、力学机械、飞行器、解剖学、机器人等,全面展示其在自然科学及艺术方面的成就,让观众零距离"见识"这位天才艺术家和科学家.
此外还有"阿尔伯特·爱因斯坦"展、"冰封万年巨兽:猛犸象"展、"破解头发的奥秘"大型科普巡展、"三分钟的魔法:泡面特展"、"科技创新生活,绿色迎接亚运"专题展、"印象冰雕快乐科学"哈尔滨冰灯科学艺术展等等,科学中心不惜成本,力求展览引人入胜.
聚焦科普科普教育,是广东科学中心最基本、最核心的功能.
其展览展项注重将科学性、知识性、趣味性有机融合,没有一个重复的展品,且创新性和互动性高达80%,令人赞不绝口.
"全国科普教育基地""全国科普工作先进集体""广东省青少年科技教育基地""广东省科普教育基地""科技旅游示范点"、广州市"最受市民欢迎的科普基地"……广东科学中心的荣誉称号很多,正与其多层次的高水平科普展览密不可分.
据介绍,广州市社情民意研究中心调查结果显示,高达92%的受访游客对科学中心总体给予高度评价,高达98%的观众充分肯定科学中心展示内容对学习科学知识有作用.
亚太科学中心年会与亚太科学中心协会执行董事、秘书长布莱顿·荷里曼先生在访问广东科学中心后非常激动地表示:"你们可以觉得骄傲了,因为你们已经拥有了世界上最大最好的科技馆!
"日本首位宇航员、日本未来科学馆馆长毛利卫博士参观后感言:"我所震惊的,不仅是科学中心的规模,还有其质量!
"科技馆巡礼问:最近,手机APP市场新推出一款新应用———幽灵探测器(ghostobserver),一时间成为很多人"吐槽"的热点,该应用也成了手机用户的下载热门.
有网友通过软件探测到自家车后座上有"鬼",在论坛大呼:"发现车后座有一个,这车怎么开!
我吓死了.
"在苹果APP商店中的此类应用,甚至还可以看到"幽灵"的模样,并在屏幕上列出它的年龄、类型、频率等.
有人质疑,手机摄像头又没有感应元件,怎么就能像雷达一样探测鬼魂呢答:这款软件以雷达显示为界面,通过扫描找到用户周围"幽灵"所在,并进行定位.
而且,软件还能根据"信号"强弱显示不同颜色.
当人们打开ghostobserver后,按radar就能看见一个雷达,有光点,颜色代表信号的强度,红色信号最强,之后是黄色、紧接着是绿色,而蓝色的信号则是最微弱的,有光点就说明周围可能有ghost-words,偶然冒出的几个单词,就是ghost想说的话.
如果想知道它说的是什么,还需要另付费.
而且,相关软件不止一种.
如果在安卓或苹果的手机应用的商店中,通过关键词搜索,都会有不少类似于"鬼魂探测器"的同类软件,其功能也类似,都是通过扫描来探测"鬼魂".
其实,在前几年,就有鬼魂探测器的机器在售卖,甚至在网络商城上,还有"抓鬼"的道具出售.
北京亿点时代科技有限公司售前工程师张伟告诉《中国科学报》记者,这款应用软件显示的鬼魂应该是早就做在APP软件里的.
大致原理是,先通过摄像头拍摄当前环境的画面,然后通过画面重叠技术做出滤镜的效果.
然后之前就做在APP中的鬼魂随机出现在手机屏幕上,再与环境画面重叠,就是人们在手机上看到的图像了.
而且年龄和显示的频率都应该是之前就输入好的数据.
"至于和鬼魂对话就是一种语音自动化处理技术,类似siri.
"张伟说,"现在在嘀嘀打车和语音搜索中也应用过类似的技术.
"在提供下载服务的苹果商店中,开发该软件的开发商AKEV也给了解释:"超自然的事实是没有科学验证的,这个程序只是为了娱乐.
"科普问答手机测"鬼"是什么"鬼把戏"姻本报见习记者袁一雪360度:四眼鱼类的全景视野玻璃头桶眼鱼颇似来自外太空的外星生物,但事实上这种奇异生物是生活在地球深海的四眼鱼类.
虽然它们生活在800-1000米深的海底,长着的两对眼睛却赋予其360度视野范围.
玻璃头桶眼鱼两只朝上的圆柱体眼睛能够在昏暗光线下观测到猎物或者掠食者的轮廓,在头部两侧还长有一对银白色眼睛,长着"镜面"晶体和视网膜,使其看上去具有独特的外型特征.
科学家认为,它们额外的一对眼睛可探测到猎物、掠食者和潜在的配偶.
德国科学家获悉玻璃头桶眼鱼可能存在一种未知类型的眼睛,随即对它们进行了探索研究.
研究发现,银白色"额外眼睛"可探测到深海生物形成的生物性发光,便于玻璃头桶眼鱼能发现身体两侧和下方的猎物和掠食者.
1.
26亿年:最古老竹节虫近日科学家在中国东北部热河生物群里发现了保存1.
26亿年的竹节虫化石,这是已知最早的模仿植物的竹节虫.
竹节虫化石被保存得异常完好,这可能是因为类似一场"庞贝古城式"的大灾难湮没了整个地区.
热河生物群是一个因保存了有羽毛恐龙和早期鸟类化石而闻名的恐龙时代古老生物群.
那里的生物倾向于以无脊椎动物为食,这种偏好可能推动了竹节虫模仿植物能力的进化.
化石的发现者之一、法国巴黎国家自然历史博物馆的奥利维尔·贝图(OlivierBéthoux)表示:"新发现的竹节虫和银杏门植物都表现出非常奇特的着色图案,且两者都发现于相同地点.
"(赵鲁)澳大利亚墨尔本大学的研究者经过研究,描绘出人生幸福感的U形曲线,得出人在40岁左右时幸福感会降到整个人生的最低谷的结论,这就是所谓的中年危机.
而到了70岁左右,人的幸福感又会爬升起来.
该项研究的对象有数万人,研究者还收集了澳洲、德国和英国数十年来相关研究的数据.
研究者在进行调查的过程中将受访者的社会经济地位考虑在内,包括性别、收入、就业状况、婚姻状况、健康情况及受教育程度.
研究人员称:"研究结果的一致性令人震惊,来自全世界不同国家的大量受访者的幸福感变化形态是一样的.
人们的幸福感在40到42岁左右达到最低点.
"40岁:中年危机某计算中心有教室21间,150台电脑,每台电脑上有40多种教学软件,但只有一种操作环境———Windows.
由于电脑硬件性能一般,加之各软件的复杂程度不一,每堂课学生开机和打开软件的时间要花掉3~5分钟———"这在'云计算'时代是一件很尴尬的事情",近日,在锐捷2014产品战略发布会上,锐捷网络出口网关产品总监潘志华如是说.
更尴尬的是,如果要更新或升级某个软件,每间教室都要花费技术人员4小时的时间;而遇到类似计算机考试的时候,网络技术人员要花费几天的时间刷新这些机器.
能不能把电脑终端那些复杂的软件、硬件、存储等等全部删除掉,提供一个能够在"云端"直接提供相应的教学环境、软件的更新、相应的课程设计等的操作,让终端变得更加迅速便捷,更加透明简单"云课堂"的概念呼之欲出.
"把主板、内存、CPU,加上教学老师用到的管理服务端,融合成一台云课堂的主机,通过私有云管理的方式,只需要在云主机上进行相应的操作和更新,就能够提供500种以上的教学环境.
"潘志华描述说,这样一来,软件的效率得到大幅提升,云主机开机只需要90秒,学生进入教学环境也只需要30秒的时间.
同时,有了"云课堂"和"云主机",学校的计算中心就免去了更新每台电脑的程序,只须更新主机即可,这也在无形中节省了电力,实现了节能环保.
"从集中管理中心,做相应的数据呈现.
从用户反馈来看,这样的架构能带来很好的体验.
"潘志华称,这正是锐捷网络2014年的产品战略:通过构建"简网络",为云应用架起"云梯".
实际上,移动互联时代,"云"不再高高在上.
许多人已经开始借助移动互联设备,进入"云办公"模式:随时随地处理邮件、传送信息,使用云端存储.
然而,这种情况下手机等移动设备"不容有失",一旦丢失,可能丢掉企业客户信息甚至泄露商业机密.
"简单、移动办公是大多数人的渴望,但是安全问题备受关注,这也是大量建设私有云、私有数据中心的原因之一.
"潘志华说.
何不在云端就部署一台"虚拟手机",将各种办公的应用"投射"到移动终端上来锐捷于是推出一款叫作Coffice的客户端:所有的办公系统的最终界面都是投射出来的,之间的传输没有任何实际数据.
既安全,又"经济".
"比如一封邮件中的表格数据,用户并不必把表格下载到手机上,可以存储在云端,手机丢了也无妨.
而且原来需要分别装十个八个办公相关的APP,现在只要一部可以登入Coffice的终端就可以了.
"潘志华介绍说,在这背后,实际上就是一个云办公平台,该平台集成了所有的手机办公所需要的应用程序和文件.
云课堂、云办公等"云化"的生活,所有的数据都不再是本地数据,数据的流转需要向"总部"或公有网络上请求、传输,但如果资源传输得很慢的话,"云"体验就会大打折扣,没有人愿意在信息高速公路上"减速慢行".
锐捷的工程师们先行一步,他们已经找到方案,给云"加速".
"如果一个页面或程序8秒钟还没打开,人们基本上就没有信心了,这个应用也就不要玩了.
"潘志华说,如果不加速,有的程序可能需要40秒,这给用户的体验毫无疑问"非常不爽","为什么超极本会流行因为节省了大量时间".
如何对局域网或者固定网络加速锐捷的加速方案致力于对一个个内容网络加速,还把广域网加速融合到双边加速,努力把更多网络连在一起,组成一个更大的资源池,以帮助人们获得更好的互联网应用体验.
简约、经济、容易管理的云办公、云生活,这一切实际上仅仅是依赖于对资源获取的一种变革.
而当我们依赖于云端的时候,真的需要服务商能够提供一个给力的网络环境,架起一个云梯,步入真正的云应用的世界.
极简网络架"云"梯姻本报见习记者赵广立趣味科学量子密码:无条件安全的希望姻本报见习记者赵广立年轻"中心"担科普重任姻本报记者李洁尉通讯员吴晶平"密码的安全性有两种,一种为计算安全性,原理上可破译,但须耗费大量的时间和资源;第二种是无条件安全性,原理上不可破译,无论窃听者能力如何强大.
嘉宾:郭光灿荫中国科学院院士荫全国量子光学专业委员会主任荫中国科学院量子信息重点实验室主任广东科学中心