量子的安全笑話

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，並將毫無疑問地改變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，物理是方法論，能量靠電。在電子世界觀中，計算機是方法論，信息是絕對主角。在量子世界觀中，賽博學（控制論）將是方法論，描述量子特性的概率論將是靈魂。

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，來貶低當前的現實呢？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，就號稱量子通信絕對安全？！你量子計算機還只不過是粒受精卵，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。

（二）

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，特別是教授和記者們，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」都只是相對的，「不安全」才是絕對的！更可能的情況是：網路世界會越來越不安全，量子通信普及後，安全問題將更多。因為，幾千年來的歷史經驗已經反覆證明，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，就不與其它設備或系統銜接了，就不是供活人使用了？！笑話！別以為攻擊者都是吃素的！更別以為黑客非要「測得准」才能攻得下，他們絕不會笨到按你的意願出牌。光纖專家們剛經歷的難堪，也許可用來教訓一下驕傲的量子專家：僅在幾年前，光纖專家還叫板說「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！所以呀，量子專家們，別想太多，先安安心心，把量子通信系統做出來再說。至於它們到底是不是「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。歷史上從來就沒有過「黑客攻不破的系統」，但願量子專家能夠改變歷史。阿彌托福！當然，必須承認，即使存在安全隱患，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，因此，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，因為安全只相信實證，不相信猜測，更不相信眼淚；況且歷史上根本就沒有「絕對安全」的東西出現過。所以，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，資訊理論之父香農博士，於1948年，在其著名論文《保密系統的通信理論》中，確實證明過：如果密鑰流序列是絕對隨機的，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「密鑰流絕對隨機」而且「密鑰流的長度與待加密信息的長度相等」。換句話說，包括香農本人在內，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！所以，過去近70年來，人們只好用「演算法產生的偽隨機序列」去代替「絕對隨機的密鑰流序列」，其代價就是「不再絕對安全」。當然，必須承認，用量子來產生「絕對隨機的密鑰流序列」是一個很好的手段，而且已經成功，商用產品也已面市。但這只能算是技術上的成就，並非理論上的突破，更不能將其提升為實現了「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產生「絕對隨機的密鑰流序列」，而且幾乎每台密碼機上，都已標配有這樣的成熟設備。

從技術上說，量子通信系統由兩個信道組成：傳遞糾纏狀態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，確實都不可能獲得被傳消息的任何內容，並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、間諜等在內的許多人，其實經常都在採用這種「分離法」來信息傳遞，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，而非理論上的顛覆。雖然確實是重大技術進步，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：將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演算法，以達到信息加密、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，經歷一個漸變過程，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，請儘管放馬過來。老夫專治各種不服！

（三）

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加密演算法，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，確實震撼人心。但是，仔細思考後，就完全沒必要杞人憂天了。

首先，AES密碼演算法與它老爸（DES密碼演算法）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演算法」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演算法也從來不是「萬歲爺」。在密碼界壓根兒就沒有過終身制，密碼學家隨時都在設計新型的，試圖替換正在使用的標準密碼演算法。

其次，量子計算機無論有多牛，都只不過是運算速度更快，並行能力更強而已。幾千年來，應對類似的考驗，密碼學家已經歷多次了。當機械計算機出現後，古典密碼確實可被輕鬆破譯，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演算法。當電子計算機出現後，機械密碼確實又可被輕鬆破譯，但是，密碼學家照樣又準備好了讓電子計算機望而興嘆的AES和RSA等密碼演算法。N年後，當量子計算機誕生後，也許它可橫掃目前的密碼演算法，但它一定會發現，那時正在使用的密碼演算法，對量子計算機早已具有強健的免疫力。實際上，密碼學家們特別擅長於「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演算法了。

第三，在密碼破譯中，雖然計算能力扮演著關鍵角色，但是，歷史上幾乎從來就沒有哪種密碼演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，破譯能力並不會隨著計算能力的增加而線性增加。所以，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加密演算法，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，當前的電子計算機對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演算法，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，密碼學家不會丟飯碗的最直觀、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爭。你熱兵器時代的量子專家，為什麼要假定我密碼專家只使用冷兵器呢？！

好了，親愛的量子專家們，正本清源後，咱們就別再互相猜疑，別再為媒體和記者的誤讀而分心了。你們儘管全力以赴，努力實現量子通信和量子計算；我們則全心全意，為包括量子系統在內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，今後可別再相信什麼「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！

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楊義先，北京郵電大學教授、博士生導師、北京郵電大學信息安全中心主任，教育部第一批長江學者、國家級教學名師和信息安全國家級教學團隊帶頭人。楊義先教授曾任第八屆、第九屆和第十屆全國政協委員。國務院學位委員會第五屆學科評議組成員。在編碼密碼學、信息與網路安全、信號與信息處理等領域有深厚的造詣。

結語讀者朋友們，今後可別再相信什麼「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！

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