基于現有設備研發(fā)的新型量子加密系統，速度是當前技術(shù)的5至10倍

當并行運行多個(gè)該系統時(shí)，其運行速度與目前的網(wǎng)速相當。

近日，量子計算機領(lǐng)域開(kāi)始急速發(fā)展，而量子計算機很可能成為黑客破解最復雜的網(wǎng)絡(luò )安全密鑰的工具，而當這些代碼被破壞之時(shí)，所有的在線(xiàn)數據傳輸（醫療記錄到銀行交易）都有可能受到攻擊。

針對這一問(wèn)題，量子密鑰分配一直是科學(xué)家們研究的重點(diǎn)。最近，在這一方面的研究上，美國多家大學(xué)的科學(xué)家團隊獲得了質(zhì)的進(jìn)展。

量子計算機威脅將至，但量子加密通信現狀堪憂(yōu)

對量子計算機應用開(kāi)始之初會(huì )出現的問(wèn)題，俄亥俄州立大學(xué)物理學(xué)教授Daniel Gauthier解釋道：“我們現在可能會(huì )有一臺運行良好的量子計算機，它能夠在不久的將來(lái)解開(kāi)現有的復雜密碼。我們現在真的需要認真思考，怎樣利用各種技術(shù)來(lái)保護我們的互聯(lián)網(wǎng)信息。”

為了避免這一潛在的巨大威脅，研究人員在研制量子計算機的同時(shí)，也同時(shí)在利用量子的屬性，以在量子計算機上創(chuàng )建量子數據加密。

量子密鑰分配（QKD）是從1984年提出的，但是現在才開(kāi)始有應用出現，如歐洲科技公司現在銷(xiāo)售的基于激光的QKD系統；我國用衛星成功得向兩個(gè)相距1200公里的陸基電臺發(fā)送量子密鑰。

對于這些應用，杜克大學(xué)物理系研究生Nurul Taimur Islam評價(jià)道：“這些系統普遍存在的問(wèn)題是，他們只能以相對較低的速率傳輸密鑰，在幾十到幾百千比特/秒之間，對于大多數實(shí)際應用，尤其是上網(wǎng)，這一速度太慢。”

高速新型加密系統

近日，杜克大學(xué)、俄亥俄州立大學(xué)和橡樹(shù)嶺國家實(shí)驗室的科學(xué)家團隊宣布開(kāi)發(fā)了一個(gè)新的系統，該系統使得量子加密技術(shù)更接近于大規模的使用。

對此，研究人員解釋道：“對于常見(jiàn)的攻擊，該技術(shù)保護下的系統是安全的，即使面對可能導致泄漏的設備缺陷，這項技術(shù)也是有效的。”

實(shí)驗中，研究人員通過(guò)調整釋放光子的時(shí)間和光子的相位屬性，實(shí)現了在每個(gè)光子上編碼兩位信息；隨后，他們將這一技術(shù)和一款高速探測器配合使用，使其系統的密鑰傳輸速度比其他方法快5到10倍。其中，這款高速探測器是由電氣和計算機工程專(zhuān)業(yè)的研究生Clinton Cahall和Duke的電氣和計算機工程教授Jungsang Kim開(kāi)發(fā)的。

關(guān)于高速探測器這一設備，Gauthier表示：“我們采用的這個(gè)設備，它可以改變光子的某些附加屬性，使我們能夠獲得幾乎翻倍的安全關(guān)鍵速率。”

現有設備缺陷已被考慮在內

雖然理論上QKD是完全安全的，但是現實(shí)中，因為所有設備都是不完善的，所以這會(huì )使黑客利用設備的漏洞進(jìn)行攻擊。

為了讓這一系統在大部分設備上都是安全的，研究人員仔細分析了他們使用的每件設備的局限性，然后，他們與新加坡國立大學(xué)的電氣和計算機工程教授Charles Lim合作，將這些實(shí)驗性缺陷納入理論中。

對此，Islam表示：“我們希望找出系統中的每個(gè)缺陷，并將這些缺陷放入系統的研究中，以確保我們的系統在大部分設備上運行都是安全的。”

關(guān)于如何利用現有的硬件來(lái)實(shí)現QKD加密傳輸？

他們表示：雖然發(fā)射機有些構造十分特殊，但所有組件目前都可以在市場(chǎng)上買(mǎi)到，并且用光子編碼的加密密鑰可以通過(guò)現有光纖線(xiàn)路發(fā)送。所以將發(fā)射機和接收機集成到當前的互聯(lián)網(wǎng)基礎設施中并不是什么難事。

對此，Islam也進(jìn)一步表示：“除了單光子探測器之外，其他所有需要的設備都是存在的，而且在工程設計中，我們可能將整個(gè)發(fā)射器和接收器都安裝在與計算機CPU一樣大的盒子中。”

總結

據了解，他們的系統能夠以兆比特每秒的速率創(chuàng )建和分發(fā)加密碼，這比現有方法快五到十倍，并且當并行運行多個(gè)系統時(shí)，其運行速度與目前的網(wǎng)速相當。

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