BOO:史上最強最燒腦的反竊聽密碼學：量子秘鑰分發

波爾說過，如果有人在第一次聽到量子理論的時候，沒有感到惱火，說明他根本沒有聽明白。

這句話說明了和量子有關的一切都變得復雜、反常識、反直覺，也就是不好理解。

下面的電影圖片只是增加一些課堂前的放松，下面的內容依然非常燒腦，請不要因為娛樂而失去了嚴肅性。希望我們團結緊張，希望氣氛嚴肅活潑。

電影中總是出現竊聽的情節，正派反派都在用，只是電影中的密碼學比較簡單，也就是高性能軍用的竊聽器而已，而反偵察一般是懷疑后，拿著探測器去找，這是非常弱雞的做法，如何反竊聽？最好的反竊聽就是，一旦有人竊聽，我立即知道有人竊聽了。下面我們講的就是這樣一個方法，而且是目前人類最高端的玩兒法：量子通訊。

前面的文章講了很多很多的加密，但是有一個問題沒有解決，就是通信問題，鑰匙復雜到讓別人很難破解是一回兒事兒，比如恩尼格瑪機加密；整體的安全性是另外一回事兒，比如這個加密的鑰匙被別人知道了，這個人是接收者以外的人。

羅伯特清崎：史上最大的經濟崩潰將至，多買黃金白銀和比特幣:《富爸爸窮爸爸》作者羅伯特清崎（Robert Kiyosaki）今日表示，世界歷史上最大的經濟崩潰即將來臨。好消息是，致富的最佳時機是在崩盤期間。壞消息是，下一次危機將持續很長時間。趁你還有機會，多買些黃金、白銀和比特幣。（U.today）[2021/6/28 0:11:32]

回顧密碼學的基本原理

A想傳輸一個詞給B，于是她想到了之前文章學到的移位替換加密法，比如這個單詞是btc，“字母加一”就是cud，沒有什么含義或者說真實的含義不是原文的含義。

Btc這個詞就是原文或者明文，而實際輸出的文字就是密文。秘鑰是什么呢？字母加一，對于收到信息的Bob就知道了這個秘鑰，于是他對cud每個字母減一，就得到了原文BTC，這樣的話就是解密了。

傳輸的東西叫做鑰匙，這個秘鑰理論上是存在可以破解的可能的，即使是現在破解不了的鑰匙，如果鑰匙被人竊聽了，也是會直接破解。

所以密碼學有兩塊內容：秘鑰和傳遞秘鑰。這兩個都安全，才是真正的安全。

?如果有一種措施，只要別人竊聽了你的秘鑰，在竊聽后，鑰匙就變了，那這個傳輸就會非常安全。

量子通訊

Capriole Investments負責人：此次比特幣減半是史上最殘酷的一次:數字資產管理公司Capriole Investments負責人Charles Edwards發推稱，此次比特幣減半是史上最殘酷的減半。生產成本將增加一倍，達到14000美元，比當前價格高出70%。上一次減半時，價格僅比生產成本低10%。如果現在沒有FOMO的話，預計會有大量（超過30%）礦工投降。（Cointelegraph）[2020/5/12]

這是一個非常復雜的問題，我們今天只是講述下量子通訊中的量子秘鑰分發機制，不涉及量子糾纏以及量子計算。這種機制最早的是BB84協議，是量子密碼學中第一個密鑰分發協議，由Bennett和Brassard在1984年提出，也是使用和實驗最多的量子密鑰分發方案之一。

這種協議要實現有兩個通道，經典通道和量子通道。經典通道是保證收發信息雙發的信息交流的，比如email、電話等等都可以，在本文的語境下，經典通道被竊聽也沒太大關系；量子通道，顧名思義，就是傳遞量子態的。

下面的內容就是關于量子秘鑰分發的兩種解釋方法，之所以寫兩種解釋的模型，你一定可以通過其中一種解釋或者結合兩種模型，理解量子秘鑰分發這個神奇的東西。

第一種解釋的簡化模型

意大利出臺史上最大規模經濟干預措施 向企業追加4千億歐元流動資金:當地時間6日晚，意大利總理孔特表示，將以國家擔保貸款的形式向意大利企業提供4千億歐元流動資金，其中2千億用于幫助國內市場企業，另外2千億用于加強出口市場。同時法令規定減免4、5月100億歐元稅收。孔特強調，這是意大利歷史上最大規模的經濟干預措施。（央視新聞）[2020/4/7]

測不準原理的簡化闡述

比如，光子有圓形偏振狀態和線性偏振狀態，左旋、右旋、上下、左右。

詭異的事情來了，測量的過程會影響對光子偏振狀態的測定。

比如有個棚子里，我去觀測一下，為了更加逼真地類比，正常人類是一下子看到這是一頭白牛，這樣，我們透過牛棚墻上的孔去看，一次只能看到一小片區域，比如先看到了是白色的，然后移動下視角，看到是個牛角。然后就是一頭白色的牛。

無論我去先看顏色還是先看頭上的角，得到的最后結論就是白色的牛。不會是黑色的羊、白色的羊、黑色的牛這三種情況。但是，量子的世界里，不是這么回事兒。你看到的可能是一頭奶牛——這是開玩笑，你看到的可能是一頭白羊、黑牛等等，因為兩者之間的關系是隨機的。

聲音 | 投資者：上一次BTC市值占比超過70%后，史上最大的山寨幣季節開始了:加密投資者通過推特賬號Bitcoin Birch發推稱，BTC市值占比即將突破70%，上一次出現這樣的情況是在2017年3月，就在它掉下懸崖和歷史上最大的山寨幣季節開始之前。 有推特用戶表示，只有當BTC達到新的歷史最高點（ATH）時，才會出現山寨幣季節。另一個人懷疑比特幣的市場主導地位是否能被視為一個即將到來的山寨幣季節的跡象。盡管如此，仍有一些人表示樂觀，認為牛市可能真的即將到來。然而，比特幣的市場主導地位與大型山寨幣季節的盛行之間的關系是否屬實還有待確定。（Zycrypto）[2019/9/2]

量子里面測量的結果是和測量過程有關系的。在沒有觀測之前是糾纏態。不清楚到底是什么狀態，測量完了也不知道測量前是什么狀態。

比如你測量的是一個光子，光子的狀態簡化一下是：圓偏振和線偏振。你先觀測圓偏振，再測量線偏振，你得到的是一個左旋水平偏振光。如同上文觀測的先看顏色后看物種，你得到的就是白牛。

但是，如果你先看線性偏振后觀測圓形偏振的話，你得到的可能是各種狀態，是隨機的。類比宏觀現象就是，你先看物種，后看顏色，不一定是白牛，得到的可能是黑牛、白羊、黑羊。

這個就比較詭異。而且測量完之后，光子的狀態就變了，測量之前是糾纏態，類似薛定諤的貓咪，不知道死沒死，測量完，變化了。類似棚子里一頭白牛，你看完后變成了黑羊。

聲音 | 分析師：Facebook的加密項目可能是該公司歷史上最重要的舉措:據CNBC 6月14日消息，加拿大皇家銀行資本市場（RBC Capital Markets）在一份給投資者的報告中解釋稱，Facebook擁有一個“加密機遇”，該公司對這家科技巨頭即將發布的加密貨幣聲明寄予厚望。RBC分析師Mark Mahaney周四晚間在一份報告中表示:“我們認為，這可能是Facebook歷史上最重要的舉措之一，其目的是開啟新的業務和收入來源。我們相信Facebook將通過加密來促進一個支付、商務、應用及游戲平臺。” 加拿大皇家銀行對Facebook的評級為強于大盤，目標價為每股250美元。截至周四收盤時，Facebook股價為每股177.47美元，年內已上漲逾35%。[2019/6/14]

觀測順序影響觀測結果。

好了，理論解釋完畢，現在讓Alice給Bob再發一次信息。只需要保證秘鑰給Bob很安全，密文就可以公開發給Bob，

Alice發射一些光子給Bob，比如說是六個光子。她去測量一下如A圖。

這個時候Bob也收到了光子，他也測量一下，按照自己的方法，如B圖。

當然，你把上文中的類型改成黑白和牛羊的類比也是一樣的。

然后Alice給Bob去個電話說一聲，說你的1、5和6的測量方法是一樣的。

那么，1、5和6的結果應該是一樣的。別的策略方法不同就不要了。

不同的狀態在計算機面前都可以簡單的記錄為1和0，比如規定左旋是1，右旋是0，豎直是1，水平是0.?這個時候上圖的秘鑰就是111.?這個光子數多一些，這樣可以得到一組隨機數，然后這個就是秘鑰了。有可能出來是101010000010100010這樣的數字串。

這個時候，出現了竊聽者名C，叫Caocao吧，這個時候，他“竊聽”了光子1，他也是測量圓偏振，發現是左旋，這時候，Bob收到光子1，他測量也是圓偏振，結果不變。Bob不會發現這件事兒。

但是呢caocao不知道a和b是怎么測量的，caocao去用線偏振去測量光子1，這時候得到的結果是水平，這時候Bob收到了光子，然后他測量的圓偏振狀態就不一定是左旋了，因為根據上文說的，測量過程會影響測量結果，這時候他的結果就和Alice不一樣了，然后就知道他有竊聽者了。Caocao竊聽的時候不可能每一次都猜對，這樣的數字串達到一定的長度后，只要出現竊聽者，A和B經過一些比對，就會知道自己的信息被竊聽了，不用這個鑰匙了，換一組密碼。

第二種解釋的簡化模型：

BB84協議還有一種更通用的經典的解釋。

四種不同偏振態的光子，0度，90度，45度，135，如上圖所示。

1，??Alice可以隨機選擇偏振片，+形或者x形偏振片隨機生成偏振態；

2，??選定偏振方向的光子通過量子通道發給B；

3，??Bob這時候也隨機選用+形或者x形偏振片去測量光子的偏振方向；

4，??B將測量結果保密，同時，將他使用的偏振片通過經典通道告訴Alice；

5，??A對比和B使用的偏振片，然后經典通道告訴B那些和她一樣，那些不一樣；

6，??B拋棄和A使用的不同的偏振片的結果，保留和A一樣的偏振片的結果，統計學上顯示應該是扔掉一半的結果。

隨機排布偏振片，和A比對后，鑰匙才形成，加密過程才開始。規定好什么狀態對應0什么狀態對應1就可以很簡單的對應成由0和1組成的鑰匙。

簡單來說，就是量子秘鑰的制備過程就是利用光子的偏振性。這很安全嗎？是的，這個時候，C出現了他要竊聽，攔截光子后，開始用偏振片測量，這時候他的錯誤率也是50%，測量完之后，發給B，B也不知道，然后通過竊聽經典通道的信息去知道怎么去排出來正確的偏振片，但是也不對，因為他測量光子的時候光子已經變化了，倆人只要核對測量結果，就會發現B是解不了密的，那么這就說明這個通路已經被人竊聽了。

當然，你要問C在竊聽光子后，可以不測量，而是生成一個一模一樣的光子，然后把原來的光子發給C，這樣不就可以了嗎？這樣也不會讓量子態變化？但是，也不可能，因為量子，還有另外一個特性就是不可克隆性，根本無法生成另外一個一模一樣的光子。

說得更饒一些，其實，量子秘鑰的傳輸和生成是同時發生的。

因為B接受到光子后，經典通道告訴A，他用的是怎樣的測量方式的時候，A才會用和B一樣順序的偏振片去加密信息。B收到光子沒有測量的時候，其實秘鑰還沒有產生呢。

以上都是量子秘鑰分發的基本方式之一。量子加密是目前世界上最高端的加密方法，有應用但是還沒有大規模應用。注意，上面所講的只是量子加密中的秘鑰分發原理，并不是鑰匙本身的加密。最近量子計算、量子加密等等詞匯變得常見，這個概念也走入了人們視野。

量子計算到底怎么樣？是不是可以破解我們的比特幣私鑰，是不是我的加密資產已經不安全了？

先不要著急，著急也是交易所先著急，這么說吧，如果現在有人能夠使用量子算力加密解密的話，人家根本看不到你錢包里那幾萬個比特幣，直接攻擊全球金融系統就好了。

量子計算更加復雜，下一篇文章會說一說，最近這個甚囂塵上的概念。

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