要制造 unbreakable 密码,请使用量子物理学

一旦你试图破解它,加密就会改变。

在第二次世界大战期间,纳粹使用一台极其复杂的密码机来传达军事命令,他们认为没有人会付出必要的努力来破解其强大的加密。像打字机一样的恩尼格玛(Enigma)是一项工程奇迹,充满了齿轮、拨盘、指示灯、按键和一个插线板。但尽管它的设计巧妙,这种密码最终还是被计算机破解了;因为它依赖于伪随机的机械加密,所以只有有限数量的可能模式。到战争结束时,英国和美国情报部门已经能够例行性地解码和阅读截获的纳粹信息

现在,麻省理工学院的研究员塞思·劳埃德(Seth Lloyd)已经证明,通过利用量子物理学的怪癖,可以制造出一种真正无法破解的加密机。

“量子力学有趣之处在于,当你测量某个东西时,你会弄乱它,”劳埃德告诉《大众科学》杂志。劳埃德的理论量子密码机工作原理如下:当窃听者试图进行一项有助于他或她破解密码的测量时,进行测量的行为会扰乱他或她试图测量的东西。很棘手,对吧?

量子物理学的一个特点是将一次发射一个的光子变成一种安全的锁。 the 观察者效应指出,被观察的光子表现与未被观察的光子不同。如果密码依赖于光子的模式,那么破解它的关键因此是不可观察的。这保护了整个信息,并使得第三方无法窃听对话,因为窃听的行为本身就会改变密码。这就是所谓的量子数据锁定,它正是劳埃德的理论量子恩尼格玛机(quantum enigma machine)的核心。

消息的预期接收者能够解码传输,因为他或她已经事先知道了消息的量子状态。

有一个薄弱点:如果截获消息的第三方已经收到了消息的部分解码片段(因此知道如何测量传入的消息),那么用于保护消息其余部分的密钥就可以被破解,然后整个消息都可以被破译。(这当然需要通过其他方式获取部分消息。)

这篇论文的标题是《量子恩尼格玛机》(Quantum enigma machines)。

 

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Kelsey D. Atherton

科技领域特约撰稿人

Kelsey D. Atherton 是一名军事技术记者,自 2013 年起为《大众科学》供稿。他报道无人机器人和其他无人机、通信系统、核企业以及用于规划、发动和缓解战争的技术。


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