近日，一項(xiàng)探討量子加密技術(shù)的研究引起關(guān)注。上海交通大學(xué)光子集成與量子信息實(shí)驗(yàn)室金賢敏團(tuán)隊(duì)找到了量子密鑰分發(fā)實(shí)際系統(tǒng)中的一項(xiàng)物理漏洞，并提出了解決辦法。相關(guān)文章近日在論文預(yù)印本平臺(tái)arXiv上發(fā)表。據(jù)透露，該研究成果目前正接受某頂級(jí)期刊的同行評(píng)審。
在一些外行看來(lái)，找出加密通信的破綻，就等同于宣告這種加密方式并不靠譜。金賢敏對(duì)《中國(guó)科學(xué)報(bào)》表示，這一理解并不準(zhǔn)確。量子密鑰分發(fā)的安全性在理論上毋庸置疑，而找出因系統(tǒng)器件不完美產(chǎn)生的物理漏洞并提出解決方案，是量子加密的一個(gè)重要研究領(lǐng)域。
找物理漏洞，關(guān)掉它
量子密鑰分發(fā)基于量子疊加和不可克隆的機(jī)械性質(zhì)，結(jié)合一次一密的隨機(jī)密鑰，竊聽者無(wú)法測(cè)出量子的準(zhǔn)確狀態(tài)，也無(wú)從下手復(fù)制，在原理上保證了無(wú)條件安全的信息傳輸。
但在實(shí)際系統(tǒng)中，由于器件設(shè)備的不完美，還會(huì)有一些潛在的物理漏洞，這就為竊聽者提供了可乘之機(jī)。
人們掌握的物理規(guī)律成百上千，這之中會(huì)不會(huì)產(chǎn)生針對(duì)實(shí)體系統(tǒng)的攻擊方法？金賢敏告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，目前探測(cè)到的物理漏洞多來(lái)自源端和探測(cè)端，且大多數(shù)漏洞已被關(guān)閉。比如目前廣泛應(yīng)用的量子密鑰分發(fā)協(xié)議（MDI-QKD），已經(jīng)從原理上關(guān)閉了來(lái)自探測(cè)端的漏洞。
過(guò)去數(shù)十年中，物理學(xué)家不斷找出問題，并想方設(shè)法關(guān)閉這些物理漏洞。這些努力讓量子密碼傳輸?shù)慕^對(duì)安全性日臻完美。
擊敗強(qiáng)大竊聽者
在金賢敏等人的研究中，找到的漏洞基于源端。他們制造的“竊聽者”是一束強(qiáng)激光，將其反向打入量子密鑰分發(fā)的光源中，可以控制光源輸出光束的光譜特性。這一現(xiàn)象被稱為注入鎖定，在上世紀(jì)60年代就已被科學(xué)家發(fā)現(xiàn)。
之后通過(guò)濾波器，讓與“竊聽者”波長(zhǎng)一致的信號(hào)光通過(guò)信道，再將信號(hào)光的波長(zhǎng)恢復(fù)原樣，從而完成“神不知鬼不覺”的竊聽。
如何彌補(bǔ)這一漏洞？在源端增加更高對(duì)比度的光隔離器即可。
一位在國(guó)內(nèi)某量子信息實(shí)驗(yàn)室工作的科研人員告訴記者，光隔離器是激光光源中不可缺少的元件，它只允許單向光通過(guò)，從而起到保護(hù)光路的作用。
不過(guò)，隔離器體積大、部件多，在實(shí)際應(yīng)用中存在集成化難題。因此對(duì)比度越高，隔離器的成本也會(huì)增加，這也導(dǎo)致一些實(shí)際系統(tǒng)中尚未采用高對(duì)比度隔離器。
實(shí)驗(yàn)中，金賢敏等人在30dB隔離度基礎(chǔ)上，進(jìn)一步增加更高對(duì)比度的光隔離器，從而將竊聽成功率從60%降到36%。
“隨著隔離度進(jìn)一步提高，竊聽成功率還會(huì)降得更低。”金賢敏告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》。
但倘若利用這一漏洞發(fā)動(dòng)攻擊，激光功率要非常強(qiáng)。而在實(shí)際生活中，激光功率可能達(dá)不到相應(yīng)的攻擊標(biāo)準(zhǔn)。
“基于現(xiàn)有技術(shù)，光隔離反竊聽手段已經(jīng)能把竊聽成功率壓縮到接近于零。我們的假設(shè)很寬松，相當(dāng)于把竊聽者的能力放大。如果極端條件下的漏洞我們也能應(yīng)對(duì)，反而進(jìn)一步證明了量子密鑰分發(fā)的安全性，這正是我們所追求的?！苯鹳t敏表示。
攻守皆常事
對(duì)“量子加密驚現(xiàn)破綻”這一說(shuō)法，金賢敏表示：“確實(shí)有些聳人聽聞，其實(shí)我們的研究是非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?。只要源端高?duì)比度的光隔離足夠大，這種攻擊方式就不會(huì)成功。”
看到有觀點(diǎn)質(zhì)疑量子加密的安全性后，金賢敏和團(tuán)隊(duì)博士生、論文第一作者龐曉玲第一時(shí)間撰寫澄清聲明，在微信公眾號(hào)“墨子沙龍”上發(fā)布。
在聲明中，他們這樣寫道：“我們的工作并不否認(rèn)量子密鑰分發(fā)理論上的絕對(duì)安全性，相反正因?yàn)榱孔蛹用芴峁┝死碚撋系慕^對(duì)安全，使得人類追尋了幾千年的絕對(duì)安全通信幾近最終實(shí)現(xiàn)。而我們針對(duì)實(shí)際系統(tǒng)的物理安全漏洞不斷進(jìn)行研究，正是為了這個(gè)絕對(duì)安全性變得更加可靠?！?/span>
對(duì)目前已經(jīng)投入使用的量子加密系統(tǒng)，金賢敏表示，團(tuán)隊(duì)的研究更像是一個(gè)提醒，“加大光源隔離器的對(duì)比度，更能確保通信的安全性。在加密通信領(lǐng)域，攻擊和防守都很有意義，不應(yīng)過(guò)度解讀”。
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