量子的安全笑話

摘要：“墨子号”量子衛星的成功發射，是中國科技界的重大喜事，本該好好慶祝，卻不料引來了衆多激烈争論。其實，雙方的觀點都有偏頗之處，而且都很明顯地帶有感情色彩。我不想介入無聊的糾紛，是以，一直沉默至今，等待着對立陣營的風平浪靜。由于在情緒化期間，許多嚴肅的人，通過嚴肅的媒體，發表了很不嚴肅的文章，是以，我必須來“自掃門前雪”。就算那些不嚴肅的文字是記者的誤解，但它們畢竟已經白紙黑字地擺在那裡，而且還将長期傳播下去，這肯定會誤導普通讀者，是以，老夫有義務一錘定音，捋順量子與安全的關系。

壹

無論你懷疑或不懷疑，量子它就在那裡，不東不西（測不準）；無論你喜歡或不喜歡，量子它也在那裡，不離不棄（糾纏）；無論你研究或不研究，量子它還是在那裡，不實不虛（波粒二象性）！量子是時代的必然，因為，既然可用一粒量子就能解決的問題，何必要動用一整束光呢！量子理論和技術正迅速發展，量子之帆已露出遙遠的海平面，正向我們駛來，并将毫無疑問地改變IT世界，使計算、通信、安全、存儲等如虎添翼。

其實，人類近代科學史也許可重新劃分為：分子時代、原子時代、電子時代和（未來的）量子時代。在分子世界觀中，化學是方法論，能量靠熱。在原子世界觀中，實體是方法論，能量靠電。在電子世界觀中，計算機是方法論，資訊是絕對主角。在量子世界觀中，賽博學（控制論）将是方法論，描述量子特性的機率論将是靈魂。

既然人類已經成功地，從分子時代跨進了原子時代；又從原子時代，跨進了電子時代；可我們為什麼在從電子時代跨進量子時代時，卻顯得有點不自信呢？比如，反方為什麼要表現得過度擔心呢？科學探索本來就允許失敗嘛；前沿基礎研究的正常投資也不可避免呀；中國好容易有一次可能的機會引領世界，就算冒點風險也是值得的吧！

正方為什麼又要不負責任地，以未來的猜想，來貶低目前的現實呢？畢竟隔行如隔山，僅憑一點科普皮毛就武斷地宣布其它學科的死刑，也太草率了吧！還沒經過實踐檢驗，就号稱量子通信絕對安全？！你量子計算機還隻不過是粒受精卵，就敢聲稱“見神殺神，遇佛滅佛”？！

下面重點科普一下量子的安全知識，以正視聽。

貳

量子通信系統絕對（無條件）安全嗎？

從哲學角度看，就算腦子壞了，你用腳後跟稍微想一想，就很清楚的事情，卻被媒體炒得沸沸揚揚，好像已是真理一樣。難道全國人民，特别是教授和記者們，都是傻瓜蛋？！不要說你量子通信不可能絕對安全；就算百年後、千年後出現的更加先進的“牛X通信”，也不可能絕對安全！夥計，請記住：任何時候，“安全”都隻是相對的，“不安全”才是絕對的！更可能的情況是：網絡世界會越來越不安全，量子通信普及後，安全問題将更多。因為，幾千年來的曆史經驗已經反複證明，任何先進的技術都會帶來新的安全威脅，這也就是為什麼佛家說：人類其實是“嗜好死亡”的生物。

從系統學角度看，你一個“測不準原理”就包打天下了，就天衣無縫了，就不與其它裝置或系統銜接了，就不是供活人使用了？！笑話！别以為攻擊者都是吃素的！更别以為黑客非要“測得準”才能攻得下，他們絕不會笨到按你的意願出牌。光纖專家們剛經曆的難堪，也許可用來教訓一下驕傲的量子專家：僅在幾年前，光纖專家還叫闆說“光纖通信就是安全，因為光纖很難插接……”；結果話音未落，自己的底褲就曝光了！

是以呀，量子專家們，别想太多，先安安心心，把量子通信系統做出來再說。至于它們到底是不是“絕對安全”，甚至到底是不是安全，這個問題你們說了不算，還是交給安全專家，以事實來回答吧。曆史上從來就沒有過“黑客攻不破的系統”，但願量子專家能夠改變曆史。阿彌托福！當然，必須承認，即使存在安全隐患，量子通信的價值也絕不可否認，利用“測不準原理”來設計新型保密系統的想法也絕對應該鼓勵，因為，它山之石從來就安全專家的攻玉之器。真心盼望量子通信早日誕生，造福人類。

從邏輯上看，“量子通信絕對安全”這個結論也下得很唐突。在咬定“量子通信”如何如何之前，至少要先把“量子通信”做出來呀，是以，該結論的大前提顯然不成立。就算“量子通信”已經小規模實用了，那麼它到底是不是絕對安全，也應該拿事實說話吧，因為安全隻相信實證，不相信猜測，更不相信眼淚；況且曆史上根本就沒有“絕對安全”的東西出現過。是以，此結論的小前提也不成立。一個結論，既無大前提，又缺小前提，誰信呢？！沒人相信的結論，何必浪費時間和精力去傳播它呢！

從理論上說，資訊論之父香農博士，于1948年，在其著名論文《保密系統的通信理論》中，确實證明過：如果密鑰流序列是絕對随機的，那麼，“1次1密”的密碼系統是理論上不可破。這也是人類至今知道的，唯一“絕對安全”的密碼系統吧。但是，請注意，香農“絕對安全”的前提是“密鑰流絕對随機”而且“密鑰流的長度與待加密資訊的長度相等”。換句話說，包括香農本人在内，全球安全界的所有專家都清楚：香農的所謂“絕對安全”，在實際中是絕對不可用的！是以，過去近70年來，人們隻好用“算法産生的僞随機序列”去代替“絕對随機的密鑰流序列”，其代價就是“不再絕對安全”。

當然，必須承認，用量子來産生“絕對随機的密鑰流序列”是一個很好的手段，而且已經成功，商用産品也已面市。但這隻能算是技術上的成就，并非理論上的突破，更不能将其提升為實作了“絕對安全”的密碼系統，因為，密碼學家們，一直就在用電噪音等手段來産生“絕對随機的密鑰流序列”，而且幾乎每台密碼機上，都已标配有這樣的成熟裝置。

從技術上說，量子通信系統由兩個信道組成：傳遞糾纏狀态的量子信道和傳遞測量結果的經典信道。單獨控制這兩個信道中的任何一個，确實都不可能獲得被傳消息的任何内容，并且那個量子信道還是“摸不得的老虎屁股”。但是，請注意，從古至今，包括恐怖分子、地下黨、間諜等在内的許多人，其實經常都在采用這種“分離法”來資訊傳遞，怎麼就從未沒聽他們誇下過什麼“絕對安全”的海口呢，而事實上他們也頻繁被擒嘛！

量子通信的兩信道分離，也僅僅是技術手段的突破，而非理論上的颠覆。雖然确實是重大技術進步，但遠未達到“絕對安全”的程度。當然，如果量子專家非要限定破譯者，按其指定的方法去破譯量子保密系統，那麼，任何系統都可宣稱自己“絕對安全”。

當然，必須承認，一個非常好的主意是：将量子通信與現有的密碼相結合，用量子通信來傳遞（很短的）種子密鑰，然後，利用該種子密鑰來控制現行密碼算法，以達到資訊加密、解密之目的。這樣一來，量子與密碼就優勢互補了，當然，這肯定不是“絕對安全”。

總之，量子保密通信系統雖然還沒有最終完成，但是，我敢肯定它一定會像過去幾千年來古典密碼促進機械密碼、機械密碼促進電子密碼那樣，經曆一個漸變過程，而不是突然橫空出世，為我獨尊。

怎麼樣，哥們兒，我們已從哲學、系統學、邏輯學、理論、技術等角度破滅了“絕對安全”的神話。誰還敢再挑戰，請盡管放馬過來。老夫專治各種不服！

叁

量子計算機出現後，密碼學家就得乖乖投降了嗎？

量子計算機絕對是個好東西，而且，科學家們已嚴格證明了許多驚心動魄的密碼破譯結果，比如：量子計算機能完成“對數運算”，而且速度遠勝電子計算機；一個40位的量子計算機，就能解開“1024位的電子計算機需要數十年才能解決”的問題；用量子計算機去暴力破解AES-256加密算法，其效率跟電子計算機暴力破解AES-128的難度是一樣的，等等。

猛然一看這些結果，确實震撼人心。但是，仔細思考後，就完全沒必要杞人憂天了。

首先，AES密碼算法與它老爸（DES密碼算法）一樣，都有自己的設計壽命；一旦年齡到點，無論那時量子計算機是否已經誕生，AES都得退休，由它那未出生的兒子（暫且叫“X算法”吧）來接班。若有必要，比如，出現意外的安全威脅，那麼，AES提前幾年退休就得了，沒什麼大驚小怪的。RSA算法也從來不是“萬歲爺”。在密碼界壓根兒就沒有過終身制，密碼學家随時都在設計新型的，試圖替換正在使用的标準密碼算法。

其次，量子計算機無論有多牛，都隻不過是運算速度更快，并行能力更強而已。幾千年來，應對類似的考驗，密碼學家已經曆多次了。當機械計算機出現後，古典密碼确實可被輕松破譯，但是，密碼學家早已經準備好了讓機械計算機一籌莫展的新型密碼算法。當電子計算機出現後，機械密碼确實又可被輕松破譯，但是，密碼學家照樣又準備好了讓電子計算機望而興歎的AES和RSA等密碼算法。N年後，當量子計算機誕生後，也許它可橫掃目前的密碼算法，但它一定會發現，那時正在使用的密碼算法，對量子計算機早已具有強健的免疫力。實際上，密碼學家們特别擅長于“以其之矛，攻其之盾”或“以其之盾，防其之矛”；他們現在就已經開始針對量子特性，設計專門對付量子計算機的新型密碼算法了。

第三，在密碼破譯中，雖然計算能力扮演着關鍵角色，但是，曆史上幾乎從來就沒有哪種密碼算法是被純暴力破譯的。二戰期間，人類發明電子計算機的主要動機就是想破譯軸心國的密碼，但事實上也沒能派上用場。若要想依靠暴力來破譯現代密碼，那麼，對計算能力的提升絕不是幾萬倍、幾億倍甚至幾億億倍就能見效的，因為，破譯能力并不會随着計算能力的增加而線性增加。是以，當你再回味前面那個恐怖結果“用量子計算機去暴力破解AES-256加密算法，其效率跟電子計算機暴力破解AES-128的難度是一樣的”時，就再也不用擔心了，因為，目前的電子計算機對AES-128也是無能為力的。而且，最悲觀的底線是：就算量子計算機能夠征服AES-256，就算密碼學家們還沒能找到有效對付量子計算機的新型密碼算法，那麼，AES-512、AES-1024等等AES的家族成員，也絕對夠量子計算機“喝一壺”的了！當然，我相信，這些假設一個也不會成真。

怎麼樣，哥們兒，上述理由足夠充分了嗎！其實，密碼學家不會丢飯碗的最直覺、最公平的理由是：社會是同步前進的，你計算能力增強了，我密碼當然可以“借力打力”，在新的平台上與你競争。你熱兵器時代的量子專家，為什麼要假定我密碼專家隻使用冷兵器呢？！

好了，親愛的量子專家們，正本清源後，咱們就别再互相猜疑，别再為媒體和記者的誤讀而分心了。你們盡管全力以赴，努力實作量子通信和量子計算；我們則全心全意，為包括量子系統在内的所有系統保駕護航。

量子時代的門口再見，不見不散喲！

讀者朋友們，今後可别再相信什麼“絕對安全”的廣告啰，請主要看療效！請放心，密碼學家們不會失業的。就算萬一我失業了，老夫當然也要賴上你。誰叫你讀過我的文章呢！

原文釋出時間為：2017-12-11

本文作者：楊義先

本文來源：

九州量子

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