最近上海交通大學(xué)研究團隊成功破解“量子通信”的消息在互聯(lián)網(wǎng)上激起了一片浪花。該消息在觀察者網(wǎng)轉(zhuǎn)載后，24小時之內(nèi)點擊破15萬，評論數(shù)超過3百條。一個科研項目、一個國家級的工程受到公眾的關(guān)注是件好事。但是由于諸多原因，公眾對“量子通信”存在許多誤解和疑慮，深入的科普和耐心的引導(dǎo)仍是當(dāng)務(wù)之急。

“量子通信”被破解看似意料之外，實在情理之中?！傲孔油ㄐ拧北黄平馄鋵嵰稽c也不奇怪，問世以來它被黑客虐了已經(jīng)不知有多少回，這既不是第一次，更不會是最后一回。

“量子通信”被黑何時了，漏洞知多少？這還真不是杞人憂天，上海交大破解團隊的論文就是這么說的：“然而，我們希望在此提供的主要信息是，當(dāng)我們認(rèn)為MDI-QKD已經(jīng)是一個非常成熟且商業(yè)化的解決方案時，可能存在許多其他未發(fā)現(xiàn)的物理漏洞?！?/p>

“量子通信”被破解是好事還是壞事？這得看對誰而言。此事對于“量子通信”的科學(xué)研究工作可能是好事，破解-反破解本是量子通信科研的重要組成部分，失敗和教訓(xùn)是科學(xué)成長的維它命。但是“量子通信”被破解對于工程項目絕對是悲劇了。

“帶病上崗”的京滬量子通信干線究竟該怎么辦？昨天，量子通信工程建設(shè)方通過“墨子沙龍”緊急補漏，聲稱：“正如我們公開在預(yù)印本arXiv上文章中已經(jīng)深入討論了的，我們通過進一步理論分析和實驗設(shè)計，證明了針對這一漏洞的竊聽方案可以通過在源端（我們的實驗系統(tǒng)已經(jīng)內(nèi)置了30dB隔離度）增加更高對比度光隔離器來解決，從而保證量子密鑰分發(fā)的安全性?！钡钦撐牡脑恼f的正好相反：“很顯然，攻擊者的激光功率不受限制的話，即使采用隔離保護，Eve總能夠破解MDI-QKD系統(tǒng)”（apparentlywith infinite laser power, Eve will always be able to hack MDI-QKD systems evenwith the isolation protection.）

讓我們退一步，就算攻擊者擁有激光武器不在他們學(xué)術(shù)上的考慮范圍，而且已經(jīng)找到了切實可行的解決方案。此條干線上數(shù)以百計的光量子發(fā)射源要不要都更換？設(shè)備更換后肯定會影響整體運行性能，系統(tǒng)參數(shù)的聯(lián)調(diào)估計也不是件容易的事。其結(jié)果必然使“量子通信”的硬件設(shè)備變得更復(fù)雜更昂貴，增加的經(jīng)費開支由誰來買單？京滬干線上自覺自愿的付費客戶本沒有幾個，還要他們負(fù)擔(dān)額外的開支絕對說不過去。那么只能再一次啃政府，量子通信工程從頭到底由政府包建設(shè)、包運營，現(xiàn)在再要加上包修理，反正蚤多不癢、債多不愁。

早知今日何必當(dāng)初，如果量子通信僅局限在實驗室中，上述所有問題都立馬消失。核心技術(shù)的進步來自于實驗室，這次發(fā)現(xiàn)的“量子通信”的安全隱患就是在實驗室中，而不是在京滬量子干線上?？萍伎梢栽谠囧e中進步，但是工程項目絕不能在試錯中前行。

量子通信離開工程建設(shè)的可行性要求差之甚遠(yuǎn)。量子通信工程的技術(shù)基礎(chǔ)是美國科學(xué)家在1984年制定的BB84協(xié)議，BB84是前互聯(lián)網(wǎng)時代留下的技術(shù)化石，這種端到端的通信協(xié)議完全不具備組成復(fù)雜多變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的可能。最近科大國盾在網(wǎng)上曬出了一份《量子保密通信技術(shù)白皮書》，看了其中關(guān)于量子保密通信組網(wǎng)部份，里面除了術(shù)語的堆砌，實在是空洞無物。量子通信組網(wǎng)連“紙上談兵”的水平都夠不上，只能算是“夢中談兵”這一層級。大概是為了趕科創(chuàng)板上市，已經(jīng)到了慌不擇路、饑不擇食的地步，實在令人失望。

量子通信工程中密鑰協(xié)商分發(fā)的最大距離不超過百公里，遠(yuǎn)程量子通信工程必須使用可信中繼站技術(shù)?？尚胖欣^站中密鑰以明文格式接觸連網(wǎng)的計算機，給量子通信工程帶來極為嚴(yán)重的安全隱患。使用衛(wèi)星作量子密鑰分發(fā)的技術(shù)尚在實驗階段，事實上它很難跨越“最后一公里”這個技術(shù)障礙，本質(zhì)上這還是被卡在中繼技術(shù)的死穴里。

量子通信的BB84協(xié)議早在1984年就提出了，三十多年過去了，這樣一個漏洞百出、技術(shù)上不成熟又沒有多大實用價值的量子通信能混跡于江湖靠的是一張護身符——“量子通信”可以保證通信的無條件安全。其實“量子通信”在理論上的無條件安全性都是存疑的，“量子通信”工程的無條件安全性又何從說起？物理與工程之間有本質(zhì)的區(qū)別，絕不能把物理原理中的理想結(jié)果偷換成工程指標(biāo)。

著名物理學(xué)家費曼說過，“所有的物理定律都是對現(xiàn)實世界的近似，模型和現(xiàn)實之間永遠(yuǎn)存在無法磨滅的微小差異?！辟M曼之所以在這里使用“微小差距”，是為了強調(diào)現(xiàn)實與理論這二者之間的差距無論用什么方法都是無法完全消除的，是“永遠(yuǎn)”也無法磨滅的。

原理與現(xiàn)實之間永遠(yuǎn)存在無法磨滅的微小差異，這個微小差距對于大多數(shù)工程項目也許影響有限，但對于密碼工程卻可能是致命的。因為一個幾百位的密鑰，只要有幾位被泄漏，就可能導(dǎo)致整個傳輸?shù)拿芪谋黄平狻?/p>

這次的“量子通信”被破解是每傳送十個密鑰有六個被破解，這六個密鑰中的每個密鑰的所有位都被黑客全部破解全部鎖定，而通信的接收方仍一無所知。這簡直是密碼領(lǐng)域的天方夜譚，怪不得有好幾個密碼學(xué)界的朋友向我詢問消息的可靠性，他們都不敢相信真有這回事。

在密碼系統(tǒng)里，密鑰全身必須包裹得嚴(yán)嚴(yán)實實一絲不露，連中東婦女那種只露二只眼睛的衣飾都是完全不合格的，而我們“量子通信”上傳輸?shù)拿荑€卻赤身裸體一絲不掛，連比基尼都忘了穿。這種“量子通信”密碼工程究竟又有多少人敢于使用？

物理原理給出的結(jié)果都是在滿足許多苛刻條件的理想環(huán)境下才能成立，在現(xiàn)實世界中，在工程實施時這些條件都是無法完全滿足的，即使要部分滿足這些條件，工程的代價也會高到無法忍受。工程都是性能和代價的折衷和優(yōu)化，“量子通信”工程一定也逃脫不了這個規(guī)律，無條件絕對安全的“量子通信”在現(xiàn)實中是根本不存在的，注定也得把“貓捉老鼠”的游戲繼續(xù)玩下去。這次“量子通信”被“注入鎖定”方式破解就是一個最好的證明。

說到底，信息安全技術(shù)的發(fā)展史就是一場“貓捉老鼠”的斗爭史。傳統(tǒng)密碼技術(shù)如此，“量子通信”最多也只能是如此。但是基于數(shù)學(xué)原理用軟件技術(shù)實現(xiàn)的傳統(tǒng)密碼在兼容性、效率和性能價格比各方面都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于“量子通信”，失去了“無條件安全”這張護身符的“量子通信”又有什么資格與傳統(tǒng)密碼一較高下？

目前大多數(shù)實驗室和工程建設(shè)中的“量子通信”并不是保證通信安全的獨立完整的密碼系統(tǒng)，密碼系統(tǒng)的核心是加密解密的算法，“量子通信”使用的都是傳統(tǒng)對稱密碼的加密解密算法?！傲孔油ㄐ拧币才c量子糾纏毫無關(guān)系，它們其實只是利用量子偏振態(tài)為通信雙方協(xié)商獲得密鑰的一種硬件技術(shù)，簡稱“量子密鑰分發(fā)”技術(shù)。

“量子密鑰分發(fā)”基于量子物理的量子不可克隆原理，保證密鑰傳送過程中如果有竊聽必被發(fā)現(xiàn)，追求密鑰分發(fā)環(huán)節(jié)的保密性。許多人把通信保密性錯認(rèn)為就是通信的安全性。當(dāng)然通信安全一定要求通信內(nèi)容的保密性，但是只有通信的保密性并不等于通信就是安全的。通信的安全性有著比保密性更高更強的要求，它不僅要求通信雙方傳送的內(nèi)容不能被任何第三者知道，還要確認(rèn)收發(fā)方各自的真實身份，還必須確認(rèn)通信內(nèi)容的完整性和不可篡改性，另外還要保證通信的穩(wěn)定性和可靠性。所以通信的安全性至少應(yīng)該包括通信的保密性、真實性、完整性、和可用性。

由此可知，所謂的“量子通信”可以保證通信的無條件安全是沒有任何科學(xué)依據(jù)的，這種宣傳實在錯得太離譜了。這些道理都是密碼學(xué)常識，我也勸說了多次，但是裝睡的人是喚不醒的。

就在今天，[權(quán)威發(fā)布]潘建偉等科學(xué)家關(guān)于量子保密通信現(xiàn)實安全性的討論一文中還在宣傳：學(xué)界將這種安全性稱之為“無條件安全”或者“絕對安全”，它指的是有嚴(yán)格數(shù)學(xué)證明的安全性。20世紀(jì)90年代后期至2000年，安全性證明獲得突破，BB84協(xié)議的嚴(yán)格安全性證明被Mayers, Lo,Shor-Preskill等人完成。

該文所引的有關(guān)量子保密通信安全性的論文都是十多年前的論文，為什么不敢引用最近這幾年的相關(guān)論文呢？不是說會“對經(jīng)過同行評審并公開發(fā)表的學(xué)術(shù)論文進行評價”的嗎？如果這個問題真的已有定論，為什么最近幾年美國和日本的量子通信專家權(quán)威仍有不少質(zhì)疑量子保密通信安全性的論文呢？

這些新的論文盡管在量子保密通信的理論安全性的分析評估方法上存在分歧和爭論，但是專家們的認(rèn)識有一點是共同的：量子保密通信離開“信息理論級安全”差距甚遠(yuǎn)。

Horace P. Yuen（美國西北大學(xué)電子和物理系教授，1996年獲得國際量子通信獎，2008年他又獲得了IEEE光子學(xué)會的量子電子獎。）是量子通信安全領(lǐng)域國際上公認(rèn)的學(xué)術(shù)權(quán)威，他對QKD安全性發(fā)表了一系列重量級論文，受到了國際上不少同行的支持。Yuen教授2016年發(fā)表在IEEE上的論文：《量子通信安全性》，受到日本等國量子通信專家的贊同和支持[1]。為什么中國的同行們對此一字不提呢？難道Yuen教授也是你們眼中的“民科”嗎？文過飾非，順我者昌、逆我者亡，這難道是一個科學(xué)家應(yīng)持的正確態(tài)度嗎？

通信安全是一個很大很復(fù)雜的大系統(tǒng)，大多數(shù)人都是門外漢，量子實驗物理學(xué)家也不例外。有關(guān)通信和信息安全還是要向通信密碼學(xué)界的專家學(xué)者們虛心學(xué)習(xí)，別再張口就是無條件安全之類的說教了，這樣做只能是害人又害已。

前幾天，我的一位密碼學(xué)界的專家朋友轉(zhuǎn)發(fā)了一篇談安全和科學(xué)的論文給我[2]，認(rèn)真看了一下，受益匪淺。好文章不能獨享，特把文章地址發(fā)于下，有興趣的可以讀讀。希望有關(guān)專業(yè)人士都能從中受益，把通信和信息安全的認(rèn)識提高到一個更新更高的水平。

[1]Security of Quantum Key Distribution

https://ieeexplore.ieee.org/document/7403842

[2]《科學(xué)與安全，安全是科學(xué)追求的難以捉摸的目標(biāo)》

https://www.microsoft.com/en-us/research/wp-content/uploads/2017/03/scienceAndSecuritySoK.pdf