王向斌談量子保密通信:我為何不願回應自媒體文章
2019年03月26日09:53
圖片來源:wsimag.com
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  來源:知識分子

  編者按:

  量子保密通信的安全性問題最近備受關注。有文章描述量子通信“驚現破綻”、“重大缺陷”,京滬量子通信幹線是“帶病上崗”,而相關的專家學者回應稱:一切的攻擊都是為了使得現有系統變得更加安全。3月19日,濟南量子技術研究院發佈消息稱,已搭建“量子攻防實驗室”,邀請專業人士挑戰,成功攻擊並竊取到量子密鑰的攻擂者,將獲得100萬元人民幣獎金。

  那麼,量子保密通信的安全性到底如何?京滬量子通信幹線是否很容易就被攻破?在今天的文章中,清華大學物理系王向斌教授對量子保密通信的安全性等問題進行了說明。

  1 量子保密通信

  量子保密通信的無條件安全性是指,一個未知量子態在傳輸過程中,竊聽者無法做到既偷看又不留下痕跡。這一點是絕對的,它由量子物理學基本原理保證。

  這個無條件安全性,並不意味著你在量子保密通信實施的全過程隨便怎麼幹都是安全的。你仍需防護好你的實驗室,這一點是任何通信安全手段的基本要求。好比說,量子保密通信提供了一個無條件安全的貨物運輸過程,但你依然要管好你的倉庫,比如說庫門要上鎖。當然,上鎖後,別人依然可以嚐試用千斤大鐵錘破門而入,但是這種攻擊顯然會留下痕跡而迅速被人察覺。攻破量子保密通信的標準是獲得密鑰且不被察覺。

  2 我為什麼不願回應自媒體的一些文章

  我很樂意與別人討論關於量子保密通信的科學問題和實用化問題,包括那些因誤解了一些前提而激烈反對量子保密通信的經典信息專家。

  科學的交流需要耐心。但是,對於那種為贏得自己的預設立場而竭盡所能大搞詭辯或故意誤導公眾的行為,我並不願去回應。我是科學家,不是辯論家。

  舉個例子。最近上海交大團隊對他們在自己實驗室中的量子攻擊演示實驗做了說明。願意去讀懂這個說明的人都會知道,他們演示的是自設的未防護或低防護設備,目的恰恰是為了展示設備防護的必要性。本質上講,這種攻擊方法在20年前就已被提出並得以解決,而現有的實用化量子保密通信系統,例如京滬幹線,都已經具有足夠好的光隔離器防護。假如用上述方法攻擊京滬幹線,需要用到能夠切割金屬的那麼強的激光,怎能不被發現?這已經不是什麼竊聽,而是高喊“我是劫匪我要打劫”了。如果我們把實驗室比作倉庫,光隔離器比作門鎖,則上述攻擊演示實驗生效的前提是合法用戶故意“不鎖門”(我不知道為什麼要提出這樣的要求,讓合法用戶配合攻擊者?),攻擊者才可以悄悄入庫行竊;而在正常鎖門的情況下,攻擊者想要入庫就只能用千斤大鐵錘夯門了,這種原始的蠻幹方式如何能做到竊取而不被察覺?正如我們在之前的科普文章中說明的那樣,這種攻擊對現有的京滬幹線等實用化量子保密通信系統無法構成安全威脅。

  可是自媒體上的一些文章的詭異說法耐人尋味。比如,某網站的一篇署名為徐令予的文章。對上海交大團隊實驗演示一事,該文顯然不喜歡這樣一個事實:那是在他們自己實驗室中演示攻擊其自設的未加防護設備,而採用模糊式說法,多次宣稱“量子通信被攻破”,然後提問:“帶病上崗的京滬幹線量子通信工程該怎麼辦?”這樣的說法,很容易讓讀者誤以為是京滬幹線工程被攻破了,很多讀者的評論也證實了他們的確被誤導了。

  徐文稱量子保密通信的不同意見者 Horace Yuen 為 “量子通信安全領域公認的學術權威”,強調Yuen 1996年獲得國際量子通信獎 (QCMC) 獎並反問:“為什麼中國的同行對此一字不提呢?”連同之前的文章,其實徐老師已多次提到 Yuen 的事。我有些好奇,既然徐老師如此瞭解 Yuen 教授,那麼下面一些事實,不知徐老師是否瞭解?

  量子光學專家Horace Yuen,上世紀八十年代前後,發表的壓縮態理論為量子光學做出重要貢獻,並於1996年得 QCMC 獎。自本世紀初以來,他開始研究量子密碼學。他似乎不願理解或者未能正確理解那些已有的數學證明,一直在試圖挑戰已被公認的科學結論。他在 arXiv 預印本網站上發佈的論文,絕大多數未能發表;其中獨自發佈的37篇預印本論文有33篇至今未能在學術雜誌上發表。

  Yuen 在 arXiv 網站上發佈的諸多未發表論文中,有一篇就是對誘騙態方法結論的質疑[1]。他的這篇預印本論文一如繼往地未能正確理解他想批評的結論。他的這篇文章成功地駁倒了他所理解的“誘騙態方法”,但不是學術界所公認的那個。現在已經有六年多時間過去了,這篇網站預印本文章仍然未能發表。而這六年多時間,誘騙態方法繼續獲得廣泛的研究和應用,大量論文發表於權威學術雜誌上(也包括我自己在這方面的後續論文),完全未受到他的“質疑”的影響。

  一些對整個量子信息的發展歷史和現狀不甚瞭解的人,把 Yuen 對量子密碼學的另類觀點作為其對量子密鑰分發產生質疑的依據,因為 Yuen 得過 QCMC 獎,看似屬於量子信息領域的主流科學家。但是,如果因此就認為 Yuen 關於量子密碼學的觀點是正確的,那就好比一些人因諾貝爾物理學獎獲得者約瑟夫遜後來研究靈異而接受迷信思想那樣幼稚。重要的事實是,約瑟夫遜並非因靈異研究而得諾獎,而 Yuen 也非因量子密碼學研究及其另類觀點而得 QCMC 獎。事實上,Yuen對量子密碼學由來已久的另類觀點從來不被本領域主流接受。

  需要強調的是,我個人對 Yuen 十分敬重。他關於壓縮態理論文章為量子光學做出了重要貢獻,我也十分喜歡他直爽的性格(我自己也是)。但我不同意他關於量子密碼學的另類觀點。

  另外,一些讀者提出,量子保密通信的目的是為了傳遞信息,如果敵人總是攻擊,即使被發現,保密的信息是不是也無法正常傳遞了?

  其實,這樣極端的情況,猶如對於經典光纖通信,敵人總是剪斷光纖,通信自然也無法完成。從另一個角度考慮:同樣是一次竊聽,經典通信是泄密,而量子通信僅僅是那個時候未能通信,這個很簡單,再來一次即可。如果永遠假定極端情況,可以說,任何技術都是無用的。

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