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如果美国颁布广泛的新法规,允许执法部门进行线缆窃听访问,那么新兴的量子通信产业可能会遭受致命打击。
量子力学的怪异性使得双方能够共享加密密钥,并确保没有人可以复制它。任何窃听量子密钥通信的企图都会不可逆转地扰乱其量子态,从而揭示该信道正在被窃听。
近几十年来,量子通信和加密技术的发展推动了数学、物理和工程学基础研究的重大进展。
首批此类未来系统已经商业化,并已被一些银行和政府机构安装。正如麻省理工学院物理学家塞思·劳埃德在《大众科学》杂志上所写的那样,量子数据安全有一天可能会通过光纤连接提供给互联网上的任何人[参见“隐私和量子互联网”,2009年10月,https://sciam.cn/article/prviacy-and-the-quantum-internet]。
《纽约时报》现在报道称,美国政府正在寻求制定新的法规,禁止不提供内置方式供第三方拦截和解密数据的加密系统。执法部门将在法庭批准的情况下使用这种“后门”访问。
该提案的细节仍在政府各部门之间讨论,但据9月27日首次报道此事的《泰晤士报》报道,奥巴马政府计划明年推出一项新法案。
该法案将影响从黑莓手机到Skype等所有使用加密的服务。这些服务将不得不重新设计以实现线缆窃听,这可能会给提供这些服务的公司以及任何试图为该领域带来创新的未来初创公司带来相当大的负担。
批评人士还指出,过去也曾尝试过类似的政府努力,但最终被放弃,因为当局发现这些努力无法执行,部分原因是编写和分发加密软件相对容易。例如,通过黑莓手机发送的文件可以由用户添加额外的加密级别。工厂提供的后门访问对于窃听者来说就没什么帮助了;这就像打开一个保险箱却发现里面还有另一个保险箱。
正如《泰晤士报》的文章所指出的,很难看出这些法律如何能够对用户已经安装在计算机上的加密软件,或者由不受美国法律管辖的外国公司出售的软件,或者由业余程序员免费提供的软件强制执行。“将会存在一个没有后门的加密系统黑市,”劳埃德说。
但量子加密系统将面临严峻的后果。“这很可能将是量子密钥分发产业的终结,”安大略省滑铁卢大学的物理学家诺伯特·吕特肯豪斯说。
量子密钥分发需要特殊的硬件来生成加密密钥。物理定律使得第三方不可能复制或存储密钥。
两种量子怪异性使量子加密成为可能:量子叠加和量子纠缠。以下是它的工作原理:产生量子密钥的设备发射成对的光子,并将每对光子中的一个发送给爱丽丝,另一个发送给鲍勃。每个光子都处于状态的叠加态——例如,光子的偏振可以同时是水平的和垂直的——因此同时表示“0”和“1”。只有探测光子的行为才能使其确定其中一种可能的选择。
此外,每对中的两个光子是“纠缠的”,这意味着一旦爱丽丝发现一个光子是,比如说,1,她就知道鲍勃接收到的相应光子必然是0。然后,爱丽丝和鲍勃可以使用他们的相关比特字符串作为公共加密密钥。任何窃听行为都会破坏纠缠,因此爱丽丝和鲍勃很容易检测到泄露。
一旦爱丽丝和鲍勃拥有了他们的共享加密密钥,爱丽丝就可以使用它来加密她的消息,并通过任何通信方式发送给鲍勃:对于任何拦截它的人来说,加密后的消息看起来都像一串完全随机的比特,只有拥有密钥的鲍勃才能解密它。
问题是,量子加密设备的设计者无法存储密钥的副本或将其提供给第三方:在设备发送出光子之后,即使设备本身也无法知道哪些比特会变成1,哪些比特会变成0。“自然界已经内置了一种有保障的隐私权,”劳埃德说。
新加坡国立大学的阿图尔·埃克特是该领域的先驱,他说,新的量子加密协议有可能被设计为允许“可信中介”(可能是一家像Skype这样的公司)来监督该过程,例如使用纠缠光子三元组而不是光子对。但吕特肯豪斯指出,使用经典物理学也可以建立依赖于第三方的安全通信;量子加密的全部意义在于保证无需信任第三方即可进行安全通信。
因此,任何要求所有通信技术都提供后门访问的法律要求都可能有效地取缔整个量子加密产业。具有讽刺意味的是,政府本身也是这些技术的客户,最终也可能遭受损失。
劳埃德说,监管机构可以通过另一种方式来规避这个问题:“也许他们可以尝试立法来规范物理定律。”