¿Es realmente indescifrable la comunicación cuántica?

Las comunicaciones cuánticas son indescifrables. Pero antes de explicar el significado de esta oración, primero debemos entender una cosa: "comunicación cuántica" aquí se refiere a "criptografía cuántica".

En el uso de la comunidad científica, la información cuántica es un tema interdisciplinario resultante de la combinación de la mecánica cuántica y la ciencia de la información, incluidas la comunicación cuántica y la computación cuántica. Las aplicaciones de la comunicación cuántica incluyen la criptografía cuántica y la teletransportación cuántica. y codificación ultradensa. La estructura lógica de este tema se muestra en la siguiente figura.

Contenidos de la disciplina de la información cuántica

Sin embargo, todas las aplicaciones de la información cuántica tienen altas dificultades técnicas, y la mayoría de ellas se encuentran en la etapa de demostración de laboratorio. La tecnología de criptografía cuántica es de dificultad relativamente baja y, por lo tanto, cercana a la practicidad, convirtiéndose en el centro de la cobertura de los medios. Por lo tanto, cuando los medios informan sobre la "comunicación cuántica", a menudo se refieren en realidad a la criptografía cuántica, es decir, a una parte de la comunicación cuántica y no al todo. Esto es a lo que debemos prestar atención cuando vemos las noticias.

Como sugiere el nombre, podemos comprender inmediatamente que la criptografía cuántica es un método de confidencialidad, no algo increíble como la "transmisión instantánea" o el "salto espacial" que mucha gente piensa. Entonces, ¿qué beneficios especiales tiene en materia de confidencialidad?

La mayoría de los trabajos de divulgación científica te dirán que la criptografía cuántica es indescifrable. Muy bien, si. Pero la mayoría de los trabajos de divulgación científica van demasiado lejos y no explican por qué, por lo que muchos lectores no saben qué decir. La verdadera razón es simple: el texto cifrado cifrado con una clave de "nota de un solo uso" es indescifrable, y la clave generada por la criptografía cuántica es una nota de un solo uso.

¿Qué son los billetes desechables? Shannon, el fundador de la teoría de la información, demostró un teorema: si la clave satisface tres condiciones, entonces la comunicación de texto cifrado es irrompible. Estas tres condiciones son: primero, la clave es una cadena aleatoria; segundo, la longitud de la clave es la misma que la del texto sin formato, o incluso más larga, y tercero, la clave debe cambiarse cada vez que se transmite el texto cifrado, es decir, "; un cifrado a la vez" ". Las llaves que cumplen estas tres condiciones se denominan claramente "billetes desechables".

Río Shannon

Puedes entender el teorema de Shannon con un poco de reflexión. Por ejemplo, el texto cifrado que obtiene es una cadena DHDSBFKF de 8 bits, en la que el texto original de cada bit es otro carácter. La regla correspondiente es "avanzar x pasos en el alfabeto inglés", pero x se toma por separado para cada bit. valor (que requiere que la longitud de la clave sea al menos la misma que la del texto original, es decir, la segunda condición) y es aleatorio (la primera condición). Por ejemplo, si el primer dígito x = 1, cambie la C en el texto original por la D en el texto cifrado, y si el segundo dígito x = 3, cambie la E en el texto original por la H en el texto cifrado. Si fueras el enemigo, ¿cómo podrías adivinar el texto original?

Cualquier método de decodificación debe basarse en algunas pistas. Por ejemplo, una pista común es que las letras en el idioma inglés se usan con diferentes frecuencias (las cinco más comunes son E, T, A, O e I). Por lo tanto, al contar la frecuencia de cada letra en el texto cifrado, es posible encontrar la clave. Pero esto solo se aplica al caso en el que las reglas de transformación para cada bit son las mismas (es decir, solo hay una X unificada. Aquí, cada bit tiene su propia X aleatoria, por lo que este truco no se utiliza). Si no es un pad de un solo uso (la tercera condición), puede interceptar continuamente varios textos cifrados y luego realizar este análisis de frecuencia en la misma posición de múltiples textos cifrados. Pero añadiendo un secreto a la vez, incluso esta última esperanza se desvanece. Entonces, ¿qué más puedes hacer sino quedarte ciego?

Por lo tanto, crear texto cifrado irrompible no es una patente de criptografía cuántica. En la criptografía tradicional, siempre que ambas partes obtengan una clave de nota única, su texto cifrado es indescifrable.

Te estarás preguntando: En este caso, ¿no se ha solucionado el tema de la confidencialidad? La respuesta es: no, porque la verdadera dificultad radica en la distribución, o reparto, de la clave.

En la criptografía tradicional, sólo hay dos formas para que dos partes compartan claves. Una es reunirse directamente, pero si se trata de una reunión conveniente, ¿con cuál de ellas se requiere comunicación? La segunda es entregarlo mediante envío urgente, pero el mensajero puede quedar pillado o defecto. El primero es como Li Yuhe en "Red Lantern", y el segundo es como Fuzhigao en "Red Rock". ¡Este es el verdadero problema!