加密，一门古老的艺术。古罗马战争时，将军向皇帝传递战报，要发送敌军看不懂的暗号——“往后错三位”的恺撒密码就这样诞生了。我國(guó)先秦时期军中常用(yòng)的阴符、阴书，也就是一套加密方法。

当历史的車(chē)轮驶入互联网时代，密码學(xué)的复杂程度自非恺撒所能(néng)想象，但更让人不易想象的，可(kě)能(néng)是一场会颠覆现有(yǒu)公开密码體(tǐ)系的技术革命——超越经典计算方法的量子计算，让保密通信成為(wèi)“唯一确定的事情就是不确定”这句古老谚语令人惊叹的注脚。

量子通信，告别“窃听风云”

1994年，英格兰银行的密码需要设置155位，才能(néng)保证无法破译。

大数為(wèi)何难以分(fēn)解？好比我们面前有(yǒu)一座巨大乐高积木(mù城堡，由成千上万块不同颜色的积木(mù搭建而成。积木(mù块的组合如此复杂，没有(yǒu)人能(néng)够看一眼就记住每一块积木(mù的位置和颜色。解密的过程就好比拆解这座巨大的城堡，是一项艰巨的任務(wù)。

“1994年，破译一串155位的密码，需要当时最先进的计算机持续计算20年。有(yǒu)了量子计算机，破译这一長(cháng)度的密码只需0.3秒(miǎo)。”北京量子信息科(kē)學(xué)研究院科(kē)研副院長(cháng)、清华大學(xué)教授龙桂鲁说。

面对量子计算机如此神速的密码破解，保密通信要想“道高一丈”，自然也需不断升级。

“经典保密通信好比‘说黑话’，让其他(tā)人听不懂。而量子保密通信就像是说‘悄悄话’，让其他(tā)人压根听不到。”龙桂鲁解释说，量子保密通信主要有(yǒu)两种，一种是用(yòng)量子态产生密钥，而以经典通信传输加密信息的量子密钥分(fēn)发，优势是传输率高；另一种是用(yòng)量子态直接传输信息的量子直接通信，如遇窃听，量子态可(kě)以自毁来保证信息安全。

利用(yòng)量子态的特性，我们可(kě)以在信息传递时边检查、边通信。量子通信中如果存在暗中窃听的第三方，通信的双方便会察觉：因為(wèi)暗中窃听会引发量子态的状态改变，接收方发现异常，就会及时采取措施保护信息。也就是说，窃听量子通信者既不能(néng)隐藏窃听行為(wèi)，也无法窃取任何信息。

量子電(diàn)话不是神话

座机、BP机、大哥(gē)大、智能(néng)手机……30年来通信手段的日新(xīn)月异，你我都是见证者。但人们也许不敢相信，用(yòng)上量子密钥分(fēn)发技术的量子電(diàn)话，已经走进我们的生活。

“只需一部安卓手机在手，再配上一张量子密话SIM卡，就能(néng)拨打量子電(diàn)话。”中電(diàn)信量子信息科(kē)技集团有(yǒu)限公司通话与量子产品線(xiàn)技术总监张涛说得轻松写意。

量子電(diàn)话与普通電(diàn)话有(yǒu)何不同？以手机為(wèi)例，首先是可(kě)拨打量子電(diàn)话的手机改造了普通手机的拨号组件，藉由量子会话密钥保护通话人的身份认证信息，以实现基于量子加密的身份认证。再就是内置了“量子安全中间件”，用(yòng)以调动量子SIM卡的充注密钥，作為(wèi)会话密钥认证和解密的“前哨”。

装有(yǒu)量子SIM卡的手机每次发起“量子密话”时，都会随机抽取芯片内的一个量子密钥与后台建立连接、校验身份信息。认证通过后，实时生成一个新(xīn)密钥作為(wèi)会话密钥。认证密钥与会话密钥相區(qū)分(fēn)，用(yòng)后即弃。

“就算这一次通话的密钥凭着巨量演算可(kě)以破解，但下一次密钥焕然一新(xīn)，之前的破解就作了无用(yòng)功。”张涛说，端到端加密确保通话的语音信息即使被其他(tā)人获取也无法获知真实内容。当然，量子密话需要拨出者与被呼叫者双方都换上量子SIM卡。

不止量子電(diàn)话，形同“阅后即焚”的量子短信也已出现。张涛向半月谈记者展示刚刚收到的同事发过来的量子短信，几个表情包和几句问候短句右侧上方，闪动着為(wèi)期60秒(miǎo)的倒计时。当“01:00”变為(wèi)“00:00”时，表情包和问候短句瞬间化為(wèi)乌有(yǒu)。

离“量子通信自由”有(yǒu)多(duō)遠(yuǎn)

量子通信要想大规模应用(yòng)，必须过遠(yuǎn)距离传输信号损耗这一关。从1984年美國(guó)物(wù)理(lǐ)學(xué)家贝内特着手探索量子通信应用(yòng)到现在，业界共识是先利用(yòng)光纤在城市内构建一个网络，然后利用(yòng)中继实现城市间连接，通过卫星的中转实现更遠(yuǎn)距离的量子通讯。

关键在哪里？龙桂鲁一语道破：“需要组建量子网络。”不过，组建量子网络所需的量子中继器件现在还没有(yǒu)“实用(yòng)版”。

值得欣慰的是，目前借助经典中继来构建可(kě)信中继量子网络已成為(wèi)现实。翻译一下，这一过程就相当于信号藉量子直接通信传输一定距离（目前50-100公里没有(yǒu)问题），到一个叫作“中继”的地方，将密文(wén)先转换為(wèi)经典信号，再转换成新(xīn)的量子信号，开启下一段量子直接通信的“接力”，直到收信人收到為(wèi)止。

此外，还可(kě)以借助经典密码加密，进一步加强信号在中继处的安全保护。

“如果用(yòng)邮寄信件打比方，经典加密就是用(yòng)暗号写信。”龙桂鲁解释说，量子直接通信则像一辆带封闭車(chē)厢的邮車(chē)，经典中继就是信件中转站。用(yòng)封闭邮車(chē)传送暗号写的文(wén)件，随后在中转站转交给下一辆邮車(chē)。“在交接时，人们看到的只有(yǒu)暗号，不是文(wén)件的‘真容’。最后的接收人才能(néng)读懂暗号，解密文(wén)件。”

如今，第二代量子直接通信样机通信速率达到每秒(miǎo)千比特量级，能(néng)够实现稳定图文(wén)传输。龙桂鲁等科(kē)學(xué)家已在实验室中初步建起安全中继的量子直接通信网络，从“一对一”通信发展到多(duō)人“群聊”。接下来努力的方向是广域端对端安全的中继量子网络，有(yǒu)望支撑多(duō)种应用(yòng)。

量子技术日进无已，龙桂鲁团队已经把目光投向太空。很(hěn)快，量子直接通信就不仅局限于地面光纤网络，天地间直接量子对话也可(kě)成真。也许到那时，“量子通信自由”离我们就不再遥遠(yuǎn)。（半月谈记者 张漫子）