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量子的安全笑话

已有 48117 次阅读 2016-10-23 20:37 |个人分类:爽玩人生|系统分类:观点评述

量子的安全笑话

杨义先教授

北京邮电大学信息安全中心主任

摘要:“墨子号量子卫星的成功发射,是中国科技界的重大喜事,本该好好庆祝,却不料引来了众多激烈争论。其实,双方的观点都有偏颇之处,而且都很明显地带有感情色彩。我不想介入无聊的纠纷,所以,一直沉默至今,等待着对立阵营的风平浪静。由于在情绪化期间,许多严肃的人,通过严肃的媒体,发表了很不严肃的文章,所以,我必须来“自扫门前雪”。就算那些不严肃的文字是记者的误解,但它们毕竟已经白纸黑字地摆在那里,而且还将长期传播下去,这肯定会误导普通读者,因此,老夫有义务一锤定音,捋顺量子与安全的关系。

(一)

无论你怀疑或不怀疑,量子它就在那里,不东不西(测不准);无论你喜欢或不喜欢,量子它也在那里,不离不弃(纠缠);无论你研究或不研究,量子它还是在那里,不实不虚(波粒二象性)!量子是时代的必然,因为,既然可用一粒量子就能解决的问题,何必要动用一整束光呢!量子理论和技术正迅速发展,量子之帆已露出遥远的海平面,正向我们驶来,并将毫无疑问地改变IT世界,使计算、通信、安全、存储等如虎添翼。

其实,人类近代科学史也许可重新划分为:分子时代、原子时代、电子时代和(未来的)量子时代。在分子世界观中,化学是方法论,能量靠热。在原子世界观中,物理是方法论,能量靠电。在电子世界观中,计算机是方法论,信息是绝对主角。在量子世界观中,赛博学(控制论)将是方法论,描述量子特性的概率论将是灵魂。

既然人类已经成功地,从分子时代跨进了原子时代;又从原子时代,跨进了电子时代;可我们为什么在从电子时代跨进量子时代时,却显得有点不自信呢?比如,

反方为什么要表现得过度担心呢?科学探索本来就允许失败嘛;前沿基础研究的正常投资也不可避免呀;中国好容易有一次可能的机会引领世界,就算冒点风险也是值得的吧!

正方为什么又要不负责任地,以未来的猜想,来贬低当前的现实呢?毕竟隔行如隔山,仅凭一点科普皮毛就武断地宣布其它学科的死刑,也太草率了吧!还没经过实践检验,就号称量子通信绝对安全?!你量子计算机还只不过是粒受精卵,就敢声称“见神杀神,遇佛灭佛”?!

下面重点科普一下量子的安全知识,以正视听。

(二)

量子通信系统绝对(无条件)安全吗?

从哲学角度看,就算脑子坏了,你用脚后跟稍微想一想,就很清楚的事情,却被媒体炒得沸沸扬扬,好像已是真理一样。难道全国人民,特别是教授和记者们,都是傻瓜蛋?!不要说你量子通信不可能绝对安全;就算百年后、千年后出现的更加先进的“牛X通信”,也不可能绝对安全!伙计,请记住:任何时候,“安全”都只是相对的,“不安全”才是绝对的!更可能的情况是:网络世界会越来越不安全,量子通信普及后,安全问题将更多。因为,几千年来的历史经验已经反复证明,任何先进的技术都会带来新的安全威胁,这也就是为什么佛家说:人类其实是“嗜好死亡”的生物。

从系统学角度看,你一个“测不准原理”就包打天下了,就天衣无缝了,就不与其它设备或系统衔接了,就不是供活人使用了?!笑话!别以为攻击者都是吃素的!更别以为黑客非要“测得准”才能攻得下,他们绝不会笨到按你的意愿出牌。光纤专家们刚经历的难堪,也许可用来教训一下骄傲的量子专家:仅在几年前,光纤专家还叫板说“光纤通信就是安全,因为光纤很难插接……”;结果话音未落,自己的底裤就曝光了!所以呀,量子专家们,别想太多,先安安心心,把量子通信系统做出来再说。至于它们到底是不是“绝对安全”,甚至到底是不是安全,这个问题你们说了不算,还是交给安全专家,以事实来回答吧。历史上从来就没有过“黑客攻不破的系统”,但愿量子专家能够改变历史。阿弥托福!当然,必须承认,即使存在安全隐患,量子通信的价值也绝不可否认,利用“测不准原理”来设计新型保密系统的想法也绝对应该鼓励,因为,它山之石从来就安全专家的攻玉之器。真心盼望量子通信早日诞生,造福人类。

从逻辑上看,“量子通信绝对安全”这个结论也下得很唐突。在咬定“量子通信”如何如何之前,至少要先把“量子通信”做出来呀,因此,该结论的大前提显然不成立。就算“量子通信”已经小规模实用了,那么它到底是不是绝对安全,也应该拿事实说话吧,因为安全只相信实证,不相信猜测,更不相信眼泪;况且历史上根本就没有“绝对安全”的东西出现过。所以,此结论的小前提也不成立。一个结论,既无大前提,又缺小前提,谁信呢?!没人相信的结论,何必浪费时间和精力去传播它呢!

从理论上说,信息论之父香农博士,于1948年,在其著名论文《保密系统的通信理论》中,确实证明过:如果密钥流序列是绝对随机的,那么,“11密”的密码系统是理论上不可破。这也是人类至今知道的,唯一“绝对安全”的密码系统吧。但是,请注意,香农“绝对安全”的前提是“密钥流绝对随机”而且“密钥流的长度与待加密信息的长度相等”。换句话说,包括香农本人在内,全球安全界的所有专家都清楚:香农的所谓“绝对安全”,在实际中是绝对不可用的!所以,过去近70年来,人们只好用“算法产生的伪随机序列”去代替“绝对随机的密钥流序列”,其代价就是“不再绝对安全”。当然,必须承认,用量子来产生“绝对随机的密钥流序列”是一个很好的手段,而且已经成功,商用产品也已面市。但这只能算是技术上的成就,并非理论上的突破,更不能将其提升为实现了“绝对安全”的密码系统,因为,密码学家们,一直就在用电噪音等手段来产生“绝对随机的密钥流序列”,而且几乎每台密码机上,都已标配有这样的成熟设备。

从技术上说,量子通信系统由两个信道组成:传递纠缠状态的量子信道和传递测量结果的经典信道。单独控制这两个信道中的任何一个,确实都不可能获得被传消息的任何内容,并且那个量子信道还是“摸不得的老虎屁股”。但是,请注意,从古至今,包括恐怖分子、地下党、间谍等在内的许多人,其实经常都在采用这种“分离法”来信息传递,怎么就从未没听他们夸下过什么“绝对安全”的海口呢,而事实上他们也频繁被擒嘛!量子通信的两信道分离,也仅仅是技术手段的突破,而非理论上的颠覆。虽然确实是重大技术进步,但远未达到“绝对安全”的程度。当然,如果量子专家非要限定破译者,按其指定的方法去破译量子保密系统,那么,任何系统都可宣称自己“绝对安全”。当然,必须承认,一个非常好的主意是:将量子通信与现有的密码相结合,用量子通信来传递(很短的)种子密钥,然后,利用该种子密钥来控制现行密码算法,以达到信息加密、解密之目的。这样一来,量子与密码就优势互补了,当然,这肯定不是“绝对安全”。总之,量子保密通信系统虽然还没有最终完成,但是,我敢肯定它一定会像过去几千年来古典密码促进机械密码、机械密码促进电子密码那样,经历一个渐变过程,而不是突然横空出世,为我独尊。

怎么样,哥们儿,我们已从哲学、系统学、逻辑学、理论、技术等角度破灭了“绝对安全”的神话。谁还敢再挑战,请尽管放马过来。老夫专治各种不服!

(三)

量子计算机出现后,密码学家就得乖乖投降了吗?

量子计算机绝对是个好东西,而且,科学家们已严格证明了许多惊心动魄的密码破译结果,比如:量子计算机能完成“对数运算”,而且速度远胜电子计算机;一个40位的量子计算机,就能解开“1024位的电子计算机需要数十年才能解决”的问题;用量子计算机去暴力破解AES-256加密算法,其效率跟电子计算机暴力破解AES-128的难度是一样的,等等。

猛然一看这些结果,确实震撼人心。但是,仔细思考后,就完全没必要杞人忧天了。

首先,AES密码算法与它老爸(DES密码算法)一样,都有自己的设计寿命;一旦年龄到点,无论那时量子计算机是否已经诞生,AES都得退休,由它那未出生的儿子(暂且叫“X算法”吧)来接班。若有必要,比如,出现意外的安全威胁,那么,AES提前几年退休就得了,没什么大惊小怪的。RSA算法也从来不是“万岁爷”。在密码界压根儿就没有过终身制,密码学家随时都在设计新型的,试图替换正在使用的标准密码算法。

其次,量子计算机无论有多牛,都只不过是运算速度更快,并行能力更强而已。几千年来,应对类似的考验,密码学家已经历多次了。当机械计算机出现后,古典密码确实可被轻松破译,但是,密码学家早已经准备好了让机械计算机一筹莫展的新型密码算法。当电子计算机出现后,机械密码确实又可被轻松破译,但是,密码学家照样又准备好了让电子计算机望而兴叹的AESRSA等密码算法。N年后,当量子计算机诞生后,也许它可横扫目前的密码算法,但它一定会发现,那时正在使用的密码算法,对量子计算机早已具有强健的免疫力。实际上,密码学家们特别擅长于“以其之矛,攻其之盾”或“以其之盾,防其之矛”;他们现在就已经开始针对量子特性,设计专门对付量子计算机的新型密码算法了。

第三,在密码破译中,虽然计算能力扮演着关键角色,但是,历史上几乎从来就没有哪种密码算法是被纯暴力破译的。二战期间,人类发明电子计算机的主要动机就是想破译轴心国的密码,但事实上也没能派上用场。若要想依靠暴力来破译现代密码,那么,对计算能力的提升绝不是几万倍、几亿倍甚至几亿亿倍就能见效的,因为,破译能力并不会随着计算能力的增加而线性增加。所以,当你再回味前面那个恐怖结果“用量子计算机去暴力破解AES-256加密算法,其效率跟电子计算机暴力破解AES-128的难度是一样的”时,就再也不用担心了,因为,当前的电子计算机对AES-128也是无能为力的。而且,最悲观的底线是:就算量子计算机能够征服AES-256,就算密码学家们还没能找到有效对付量子计算机的新型密码算法,那么,AES-512AES-1024等等AES的家族成员,也绝对够量子计算机“喝一壶”的了!当然,我相信,这些假设一个也不会成真。

怎么样,哥们儿,上述理由足够充分了吗!其实,密码学家不会丢饭碗的最直观、最公平的理由是:社会是同步前进的,你计算能力增强了,我密码当然可以“借力打力”,在新的平台上与你竞争。你热兵器时代的量子专家,为什么要假定我密码专家只使用冷兵器呢?!

好了,亲爱的量子专家们,正本清源后,咱们就别再互相猜疑,别再为媒体和记者的误读而分心了。你们尽管全力以赴,努力实现量子通信和量子计算;我们则全心全意,为包括量子系统在内的所有系统保驾护航。

量子时代的门口再见,不见不散哟!

读者朋友们,今后可别再相信什么“绝对安全”的广告啰,请主要看疗效!请放心,密码学家们不会失业的。就算万一我失业了,老夫当然也要赖上你。谁叫你读过我的文章呢!




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