量子密码学概述

传统密码学使用数学方程加密信息，在经典计算环境下足够安全。但随着量子计算的出现，这种保护可能不再足够。量子密码学应运而生——它使用物理学原理而非数学方法。

量子密码学的工作原理

量子密码学使用光粒子（光子）通过光纤传输加密密钥。这些光子代表二进制位（0和1）。由于量子力学的以下特性，这是一个完全安全的系统：

• 粒子可以同时存在于多个位置或状态
• 观察量子属性必然会改变或干扰它
• 完整的粒子无法被复制

量子密钥分发过程

量子密码学遵循1984年开发的模型：

1. Alice希望向Bob发送消息，首先发送一串光子密钥
2. 光子首先通过偏振器，使每个光子处于特定偏振状态——水平、垂直、右对角线或左对角线
3. Bob接收光子时随机使用两种分束器之一来读取每个光子的偏振状态并解密密钥
4. Alice和Bob比较使用的分束器类型，用错误分束器读取的光子被丢弃，剩余序列即为密钥

安全性保障

如果存在窃听者拥有与Bob相同的工具，他们不仅无法与Alice比较结果，而且他们的存在会改变Alice和Bob预期看到的光子位置，从而暴露行踪。

由于无法测量量子状态而不干扰它，理论上量子密钥分发是不可破解的。在相关方交换密钥后，恶意行为者没有密钥几乎不可能解码数据。

挑战与展望

尽管具有优势，量子密码学和量子密钥分发仍存在局限性和挑战。您认为量子密码学是应对量子计算威胁的答案吗？