网易首页 > 新闻中心 > 正文

中国成功从太空发送不可破解的密码

0
分享至

新华社北京8月10日电(记者喻菲)中国“墨子号”量子科学实验卫星在国际上首次成功实现从卫星到地面的高速量子密钥分发,为建立最安全保密的全球量子通信网络奠定可靠基础。

“墨子号”的这一成果发表在10日出版的国际权威学术刊物《自然》杂志上。《自然》杂志的审稿人称赞星地量子密钥分发成果是“令人钦佩的成就”和“本领域的一个里程碑”。

量子卫星首席科学家、中国科学院院士潘建伟说,“墨子号”量子密钥分发实验采用卫星发射量子信号,河北兴隆与新疆南山地面站分别接收的方式,在北京和乌鲁木齐之间建立了量子密钥。

2016年11月28日,在河北兴隆观测站,“墨子号”量子科学实验卫星过境,科研人员在做实验(合成照片)。 金立旺摄影

2016年11月28日,在河北兴隆观测站,“墨子号”量子科学实验卫星过境,科研人员在做实验(合成照片)。 金立旺摄影

据介绍,“墨子号”过境时与地面光学站建立光链路,通信距离从645公里到1200公里。在1200公里通信距离上,星地量子密钥的传输效率比同等距离地面光纤信道高20个数量级(万亿亿倍)。卫星上量子诱骗态光源平均每秒发送4000万个信号光子,一次过轨对接实验约10分钟可生成300千比特(kbit)的安全密钥,平均成码率可达1.1千比特/秒。

“这样的密钥发送效率可以满足绝对安全的打电话或银行传输大量数据的需求。”潘建伟说。

“墨子号”开展量子密钥分发(中科院供图)

“墨子号”开展量子密钥分发(中科院供图)

他说,这一重要成果为构建覆盖全球的量子保密通信网络奠定了可靠的技术基础。以星地量子密钥分发为基础,将卫星作为可信中继,可以实现地球上任意两点的密钥共享,将量子密钥分发范围扩展到覆盖全球。此外,将量子通信地面站与城际光纤量子保密通信网(如合肥量子通信网、济南量子通信网、京沪干线)互联,可以构建覆盖全球的天地一体化保密通信网络。

绝对安全的保密通信

通信安全是国家信息安全和人类经济社会生活的基本需求,也是当代世界的难题。窃听、反窃听;加密、解密……这些密码学中的矛与盾处于恒久的博弈之中。

保密通信的原理在于,唯有掌握密钥,才能轻易重现传递的信息。信息的安全性主要依赖于密钥的秘密性。然而,传统加密技术在原理上存在着被破译的可能性。随着数学和计算能力的不断提升,经典密码被破译的可能性与日俱增。20世纪90年代,美国数学家肖尔证明量子计算可以攻破目前广泛使用的公钥体系。2015年11月,美国科技公司谷歌推出的D-Wave量子计算机,宣称其在解决问题时能够比其他任何计算机都快一亿倍,并能破解任何现有密钥体系。

“墨子号”量子密钥分发示意图(中科院供图)

“墨子号”量子密钥分发示意图(中科院供图)

有没有绝对安全的保密通信,让窃听、破译者无计可施?所幸的是,量子物理提供了解决这一问题的办法。如果量子计算机是针对传统密码的“利剑长矛”,那么量子密码技术就是抵御它的“坚固盾牌”。量子密码提供了一种不可窃听、不可破译的新一代密码技术。

专家介绍,与经典通信不同,量子密钥分发通过量子态的传输,在遥远两地的用户共享无条件安全的密钥,利用该密钥对信息进行一次一密的严格加密,这是目前人类唯一已知的不可窃听、不可破译的无条件安全的通信方式。

量子卫星与兴隆站建立链路。(中科院提供)

量子卫星与兴隆站建立链路。(中科院提供)

潘建伟说,量子密钥就是在A和B之间共同生成一串只有他们两边知道的随机数,然后用这个随机数来加密。量子密钥一旦被截获或者被测量,其自身状态就会立刻发生改变。截获量子密钥的人只能得到无效信息,而信息的合法接收者则可以从量子态的改变中得知量子密钥曾被截取过。将量子密钥应用于量子通信中,就是量子保密通信。与传统通话方式相比,量子保密通信采用的是“一次一密”的工作机制,通话期间,密码机每分每秒都在产生密码,一旦通话结束,这串密码就会立即失效,且下次通话不会重复使用。

如果有人试图打开“信件”,量子密钥会让“信件”自毁 (贺萌绘图)

如果有人试图打开“信件”,量子密钥会让“信件”自毁 (贺萌绘图)

潘建伟打了个比方,古人在信封上用火漆封口,一旦信件被中途拆开,就会留下泄密的痕迹。量子密钥在量子通信中的作用比火漆更彻底,因为一旦有人试图打开“信件”,量子密钥会让“信件”自毁,并让使用者知晓。

从太空突破极限

他说,量子通信通常采用单光子作为物理载体,最为直接的方式是通过光纤或者近地面自由空间信道传输。但是,这两种信道的损耗都随着距离的增加而指数增加。由于量子不可克隆原理,单光子量子信息不能像经典通信那样被放大,这使得之前的量子通信的局限在百公里量级。

“根据数据测算,通过1200公里的光纤,即使有每秒百亿发射率的单光子源和完美的探测器,也需要数百万年才能建立一个比特的密钥。因此,如何实现安全、长距离、可实用化的量子通信是该领域的最大挑战和国际学术界几十年来奋斗的共同目标。”潘建伟说。

他说,利用外太空几乎真空因而光信号损耗非常小的特点,通过卫星的辅助可以大大扩展量子通信距离。同时,由于卫星具有方便覆盖整个地球的独特优势,是在全球尺度上实现超远距离实用化量子密码和量子隐形传态最有希望的途径。从本世纪初以来,该方向已成为国际学术界激烈角逐的焦点。

量子卫星与新疆南山站建立链路时工作人员合影留念。(中科院提供)

量子卫星与新疆南山站建立链路时工作人员合影留念。(中科院提供)

潘建伟团队为实现星地量子通信开展了一系列先驱性的实验研究。2003年,潘建伟团队提出利用卫星实现星地间量子通信、构建覆盖全球量子保密通信网的方案,随后于2004年在国际上首次实现了水平距离13公里(大于大气层垂直厚度)的自由空间双向量子纠缠分发,验证了穿过大气层进行量子通信的可行性。

2011年底,中科院战略性先导科技专项“量子科学实验卫星”正式立项。2012年,潘建伟领衔的中科院联合研究团队在青海湖实现了首个百公里的双向量子纠缠分发和量子隐形传态,充分验证了利用卫星实现量子通信的可行性。2013年,中科院联合研究团队在青海湖实现了模拟星地相对运动和星地链路大损耗的量子密钥分发实验,全方位验证了卫星到地面的量子密钥分发的可行性。

2016年11月28日,在河北兴隆观测站,“墨子号”量子科学实验卫星过境,科研人员在做实验。 金立旺摄影

2016年11月28日,在河北兴隆观测站,“墨子号”量子科学实验卫星过境,科研人员在做实验。 金立旺摄影

随后,该团队经过艰苦攻关,克服种种困难,最终成功研制了“墨子号”量子科学实验卫星。“墨子号”于2016年8月16日在酒泉卫星发射中心发射升空,经过四个月的在轨测试,2017年1月18日正式交付开展科学实验。

量子通信在国防、军事、金融等领域应用前景广阔。有专家预测,量子通信技术可能在20至30年后对人类社会发展产生难以估量的影响。量子通信因其传输高效和绝对安全等特点,被认为是下一代通信和计算机技术的支撑性研究,也已成为全球物理学研究的前沿与焦点领域。(完

(原标题:中国成功从太空发送不可破解的密码)

相关推荐
热点推荐

恢复进展喜人!篮网最弱一环将成最强,哈登太舒服,夺冠希望大增

体坛极先锋
2021-05-11 17:24:04

研究发现:蒲公英能杀灭90%以上的癌细胞,是谣言还是科学?

生活大火锅
2021-05-11 07:21:45

李小璐否认新恋情后,首度回应与贾乃亮复婚传闻,看后令人泪目

娱乐名图
2021-05-11 14:52:10

网友问:婚外情,一个月约几次才算好?现在大家都无所顾忌了吗?

核桃雪花酪
2021-05-11 06:48:42

高盛一高管投资狗狗币爆赚数百万美元后离职

科创板日报
2021-05-11 16:14:26

退步最快的三座城市

红斌旅游
2021-05-11 01:13:23

暴涨10000%!币圈“猪狗”升天,老韭菜被新韭菜教育了

凤凰网财经plus
2021-05-11 21:51:12

为证明时间不存在,一女性在洞穴中住130天,结果怎样了?

钟铭聊科学
2021-05-07 14:22:51

一国国库空虚,想到一招,把滞销品卖给中国,中国大喜,高价接收

娱乐车炸街
2021-05-11 08:04:45

美团这一波佣金调整,真的是高!

我们都是科技宅
2021-05-12 02:23:08

曝光!辽宁这些食品不合格!涉及白酒、雪糕、糕点、海鲜……

沈阳都知道
2021-05-11 23:39:12

现场实拍!嘉兴老牌卤味店熟食窗里惊现活老鼠 一直在爬上爬下!网友爆料:已经不是第一次了...

人气美食分享
2021-05-11 13:30:53

西拉米再获肯定,王室海报携手大公主,泰王为她思虑周全

八圈传播者
2021-05-11 21:18:22

武汉大风中吊篮撞楼致两死,涉事公司提供劳务者受害责任纠纷频发

天眼查
2021-05-11 14:06:12

中国的反制措施又加码了,这次是澳大利亚天然气

火星方阵
2021-05-11 20:55:36

共和党:选掉切尼拯救美国

未来就来
2021-05-12 01:42:07

性取向测试!如果你从图中看到一群人在游泳,那说明你没救了

齐来娱乐团
2021-05-10 12:19:49

西安一医院禁止50岁以下员工院内停车:为方便患者就医 | 医脉3分钟

医脉通
2021-05-11 20:30:06

“70后”陈春平升副部,曾援疆5年

新京报政事儿
2021-05-11 20:25:10

俄媒:普京接种新冠疫苗后抗体呈阳性

中国基金报
2021-05-11 08:32:21
2021-05-12 06:45:08

头条要闻

台湾再次"梦碎"世卫大会 华春莹:是民进党当局造成的

头条要闻

台湾再次"梦碎"世卫大会 华春莹:是民进党当局造成的

体育要闻

曼城加冕英超冠军!曼彻斯特成蓝色海洋

娱乐要闻

陶虹穿深V礼服对镜回眸氛围感满分

财经要闻

科技要闻

周鸿祎:假以时日 华为汽车一定能取代特斯拉

汽车要闻

韩国旗舰电动车? 现代将推IONIQ 6轿车

态度原创

艺术
手机
游戏
旅游
军事航空

艺术要闻

全球最新5大图书馆 顶级建筑师操刀

手机要闻

App Store为安全操碎心 去年阻止超15亿美元可疑交易

PlayStation中国发布国行倒计时海报

旅游要闻

玛雅文明五大未解之谜,你知道几个?

军事要闻

央视曝光国产新型车载榴弹炮射击细节

×