美國能源部：面向能源領域的光子技術安全應用

E安全8月20日訊 時至今日，數據加密已經成為企業與政府機關當中極為重要的安全保障手段。 然而，單純加密是否足以讓我們高枕無憂？

美國能源部的橡樹嶺國家實驗室（簡稱ORNL）設計了一項採用物理學成果的網路安全協議，旨在更快更安全地實現加密數據共享與保護。ORNL方面已經將該項技術以非專利方式授權給位於聖迭哥的Qubitekk公司——這是一家專門開發量子加密解決方案，從而保護機器到機器通信內容的企業。

研究人員希望利用量子光粒子（即光子）技術幫助美國聯邦政府IT專業人員以及私營部門內的IT安全專家更好地保護能源部內的各關鍵網路基礎設施。

如何駕馭光子技術

目前的加密技術採用數學演算法，旨在確保只有掌握加密密鑰的接收者方可對經過編碼的信息進行解碼。然而在一份聲明當中，ORNL方面指出能源環境下的網路安全威脅在頻率、規模以及複雜程度等方面皆出現了顯著增長。

量子科學研究人員們發現，光子具有多種性質，因此可藉以實現量子計算或者敏感信息保護。然而根據ORNL方面的聲明，系統在發射單一光子時往往存在巨大的隨機性，且很難提供實際應用所必需的確定性。ORNL研究人員們採用了一種名為「下轉換」的方法，其能夠一次產生兩個光子而非一個。如此一來，即可通過檢測一個光子來表明另一個光子的存在。

ORNL計算科學與工程技術部門的沃倫·格里斯（Warren Grice）在聲明當中解釋稱，「在此之後，我們利用高速與低損耗運算組合來引導其中的預兆光子，從而確保其在必要時能夠正確顯示。」

目前的Qubitekk原型設計將利用ORNl技術實現加密增強。

為了防止光子對丟失，該團隊在多路復用概念基礎之上建立起新的解決方案。該方法採用一系列光源系統，其中包括光纖當中的常見組件。ORNL系統能夠預測光子的速度與頻率，從而確保研究人員得以儘可能減少潛在的單一光子丟失機率。

此項技術的聯合發明人尼古拉斯·彼得斯（Nicholas Peters）指出，「我們的目標在於對光子量子態的各個方面作出指定與控制，將所有內容限制在單一模式之內，從而確保來自單一光子源射出的光子皆完全相同——每一個光子皆應與下一個光子保持一致。」

面向能源領域的光子技術安全應用

這將給網路安全帶來哪些影響？恆等光子對可用於開發量子密鑰加密技術，以確保在現有機器到機器網路上進行信息共享時，保護其免受惡意網路行為的威脅。

這項技術允許網路用戶控制電網運營以實時檢測敵對方的存在，包括其對於能源部門用於保護自身信息的加密演算法內的秘密交換密鑰的攔截企圖。此基技術亦有望提升能源部門在應對網路攻擊活動時的彈性表現。

Qubitekk公司已經開發出基於單光子源概念的量子加密設備，其亦希望通過進一步開發ORNL新方法以強化此項技術方案。

Qubitekk公司總裁兼CTO鄧肯·厄爾（Duncan Earl）在一份聲明當中指出，「這種近似於按需型單光子源設計思路可用於提升加密信息傳輸過程中的速度或者說數據傳輸速率，以及量子密鑰可進行發送的具體距離。ORNL技術能夠同時解決這兩大難題，這可能會幫助我們的產品在商業化層面迎來顯著發展。」

厄爾為前ORNL研究員，而且曾經效力於該實驗室的網路戰小組與量子信息科學小組。

Qubitekk公司計劃將其現有技術同ORNL成果加以整合，從而將量子加密數據速率提升十倍，或者在更長的傳輸距離情況下保持當前數據傳輸速率。

厄爾希望Qubitekk公司能夠進一步改進單光子源設計方案，並計劃與公司現有客戶（包括加利福尼亞州各公共事業單位）進行現場測試。ORNL方面則將根據需要提供額外技術支持。

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