本文翻譯自作者近期發(fā)表在www.forbes.com網(wǎng)站上的文章“What Does Europe Know About Quantum We Don’t? ”（題目中的“我們”指美國(guó)）

亞瑟·赫爾曼：哈德遜研究所（Hudson Institute）高級(jí)研究員和量子聯(lián)盟倡議（Quantum Alliance Initiative）主任，也是《量子計(jì)算：如何應(yīng)對(duì)國(guó)家安全風(fēng)險(xiǎn)》（哈德遜研究所，2018年8月）的合著者。他是普利策獎(jiǎng)入圍者，著有9本書，包括《自由的鍛造：美國(guó)企業(yè)如何在二戰(zhàn)中取得勝利》（2012年）；《1917年：列寧、威爾遜與新世界混亂的誕生》（2017年）；《紐約時(shí)報(bào)》暢銷書《蘇格蘭人如何創(chuàng)造現(xiàn)代世界》（2001）。

當(dāng)美國(guó)將所有的量子安全籌碼都押注在后量子密碼學(xué)（PQC）上，也就是科學(xué)家和密碼學(xué)家希望基于數(shù)學(xué)算法能夠抵御未來的量子計(jì)算機(jī)攻擊時(shí)，歐洲的科學(xué)家、公司和官方機(jī)構(gòu)則在投資一項(xiàng)利用量子科學(xué)本身來保護(hù)現(xiàn)在和未來幾十年的數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)。

2018年10月，歐盟委員會(huì)啟動(dòng)了“量子技術(shù)旗艦計(jì)劃”的第一階段。這一耗資10億歐元、為期10年的計(jì)劃，旨在集中資源往更多領(lǐng)域推進(jìn)量子技術(shù)。其中一項(xiàng)任務(wù)包括構(gòu)建基于量子密鑰分發(fā)（QKD）的未來通信網(wǎng)絡(luò)，QKD是一種利用量子力學(xué)原理進(jìn)行密碼學(xué)的技術(shù)。

正是基于QKD，形成了歐洲“量子互聯(lián)網(wǎng)”的第一步。未來的“量子互聯(lián)網(wǎng)”是要把量子計(jì)算機(jī)、量子模擬器和量子傳感器連接起來，以實(shí)現(xiàn)信息與量子資源的安全分發(fā)。

今年3月，七個(gè)歐盟國(guó)家（比利時(shí)、德國(guó)、意大利、盧森堡、馬耳他、荷蘭和西班牙）的代表簽署了一項(xiàng)協(xié)議，在未來十年內(nèi)開發(fā)與部署一套橫跨歐盟的基于量子的防黑客通信基礎(chǔ)設(shè)施（QCI）?？肆_地亞、塞浦路斯、希臘、法國(guó)、立陶宛、斯洛伐克、斯洛文尼亞、瑞典和芬蘭也同意合作建設(shè)QCI。

與此同時(shí)，我國(guó)【注：指美國(guó)】國(guó)家安全局去年發(fā)布了一份文件，不假思索地建議摒棄QKD技術(shù)。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所（NIST）對(duì)未來量子計(jì)算機(jī)攻擊的解決方案也是完全專注于后量子密碼學(xué)——盡管這些算法尚未針對(duì)一臺(tái)大尺度量子計(jì)算機(jī)而被驗(yàn)證過（因?yàn)檫@樣的量子計(jì)算機(jī)目前還不存在）。

雖然由QKD技術(shù)提供的量子安全性已被證明取決于物理學(xué)本身的性質(zhì)，不知為何美國(guó)官方依舊對(duì)基于量子的數(shù)據(jù)保護(hù)方法和網(wǎng)絡(luò)如此敏感。與經(jīng)典物理不同，量子物理本質(zhì)上是隨機(jī)的。作為QKD解決方案的基礎(chǔ)，量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器（QRNG）集成了量子物理的隨機(jī)性，來為無法被破解的消息和數(shù)據(jù)加密提供真正的隨機(jī)數(shù)。我們可以將其看作是超級(jí)間諜的一次性密碼本，任何密碼破解者都無法將其破解。

通過將QRNG集成到為用戶提供的隨機(jī)生成的加密密鑰中，量子密鑰分發(fā)技術(shù)將能夠提供更長(zhǎng)期的安全性。用戶之間的通信依賴于分發(fā)一串用于加密消息的獨(dú)特密鑰。該密鑰是完全隨機(jī)的，且只使用一次。QKD能夠在遙遠(yuǎn)的用戶之間遠(yuǎn)程建立這樣一串密鑰，而這串密鑰則可永久抵御傳統(tǒng)黑客和量子計(jì)算機(jī)的攻擊。的確，一旦有人試圖通過經(jīng)典或量子黑客來破壞連接，用戶將能立即檢測(cè)到竊聽并終止通信。

這聽起來很異想天開？然而事實(shí)上，諸多QKD技術(shù)公司已經(jīng)在以安全性可證的方式部署這項(xiàng)技術(shù)。

這其中包括瑞士的IDQuantique公司，該公司是制造量子隨機(jī)通信產(chǎn)品的行業(yè)領(lǐng)軍者。許多IDQuantique的產(chǎn)品被韓國(guó)SK電訊公司（SKT）用于其5G網(wǎng)絡(luò)的用戶認(rèn)證中心。SKT還將把QKD技術(shù)應(yīng)用到首爾-大田的LTE和5G網(wǎng)，以防止黑客攻擊和竊聽。

當(dāng)然，不光有歐洲和韓國(guó)公司致力于QKD這項(xiàng)技術(shù)。澳大利亞公司QLabs擁有一個(gè)基于QRNG的qStream產(chǎn)品系統(tǒng)，正被用于保護(hù)云中數(shù)十億份高度敏感的法律文檔。一家名為Quantum Xchange的美國(guó)公司則利用QKD為華爾街的金融市場(chǎng)和新澤西的運(yùn)營(yíng)后臺(tái)之間提供一對(duì)多用戶的傳輸，而美國(guó)能源部的實(shí)驗(yàn)室與一些日本研究組也在進(jìn)行類似的實(shí)驗(yàn) 。

目前，實(shí)用的QKD系統(tǒng)限于百公里左右的距離。不過，采用可信中繼來連接QKD設(shè)備的可擴(kuò)展架構(gòu)有望實(shí)現(xiàn)QKD的大規(guī)模應(yīng)用。利用量子專屬光纖也可增大QKD的傳輸距離。2018年7月，日內(nèi)瓦大學(xué)的Alberto Boaron及其同事實(shí)現(xiàn)了超過400公里光纖的QKD傳輸距離，每秒成碼率高達(dá)6.5 kbps。

通過QKD來實(shí)現(xiàn)不可克隆的加密密鑰的交換，這必將成為所有高價(jià)值數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)安全的基石。這包括自由空間的QKD，其中量子信號(hào)可更自由地傳輸。中國(guó)科學(xué)家在2016年發(fā)射量子衛(wèi)星“墨子號(hào)”時(shí)證明了這一點(diǎn)，該衛(wèi)星可使用QKD技術(shù)與多個(gè)地面站點(diǎn)進(jìn)行通信。

最重要的是，QKD技術(shù)為未來的量子計(jì)算機(jī)攻擊提供了一個(gè)基于硬件的解決方案，而QRNG則提供了一種可證明的且目前可用的保密鏈接。

中國(guó)人很清楚這一點(diǎn)；他們正在推進(jìn)QKD技術(shù)以加強(qiáng)他們的網(wǎng)絡(luò)，來對(duì)抗未來的量子計(jì)算機(jī)。這就提出了一個(gè)問題：我們到底忽略了哪些中國(guó)人和歐洲人對(duì)于量子密碼學(xué)未來發(fā)展軌跡的理解？

后量子密碼學(xué)（PQC）現(xiàn)在是且將依舊是至關(guān)重要的第一道防線。但現(xiàn)在是美國(guó)政府認(rèn)真考慮QKD等量子密碼學(xué)這一選項(xiàng)的時(shí)候了，不要讓中國(guó)或我們的歐洲盟友為量子時(shí)代構(gòu)建我們所選擇忽視的安全架構(gòu)。

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