在攻防雙方的軍備競賽中，信息安全行業將目光放在了量子加密和量子密鑰分發(QKD)上。然而，這也只能解決部分問題。
量子加密，也稱為量子密碼，將量子力學原理應用在消息加密上，讓除預定收家之外的任何人都無法讀取消息。這種方法利用了量子的多態優勢，結合其“不變論”，形成不會被隱秘中斷或干擾的特性。
加密古已有之，從亞述人保護陶器制作工藝，到德國人用恩尼格碼保護軍事秘密。今天，威脅比以往任何時候都多。所以，一些人就尋求用量子加密來保護數據了。
在“傳統”計算機上，加密是這么進行的：二進制碼(“0”和“1”)被系統性地從一個地方發送到另一個地方，然后用對稱（私鑰）或非對稱（公鑰）密鑰加以解密。對稱密鑰加密，比如AES，使用同樣的密鑰加密消息或文件；而非對稱加密，比如RSA，使用兩個相關聯的密鑰——私鑰和公鑰。公鑰是共享的，但私鑰只有應該解密信息的人才知道。
然而，以大質數難以被分解為基礎的公鑰加密協議，比如Diffie-Hellman、RSA和橢圓曲線加密(ECC)，卻日漸面臨威脅。業內很多人士認為，這些加密協議可被終端或邊信道攻擊繞過，比如中間人攻擊、密碼攻擊和后門。作為該脆弱性的樣例，RSA-1024不再被NIS認為安全，而邊信道攻擊已被證明對RSA-4096有效。
另一種擔憂是：隨著量子計算機的出現，該情況只會越來越糟。據稱，只需5-20年，量子計算機就能快速分解質數了。當這種情況發生，每種依賴于公鑰加密的加密通信，都會失效。
蘇格蘭愛丁堡龍比亞大學計算機學院教授比爾·布坎南說：“量子計算機不太可能破解對稱加密方法(AES、3DES等等)，但可以破解公鑰加密，比如ECC和RSA。互聯網往往通過增加密鑰長度來克服破解問題。所以我確實期待密鑰長度的增加可以延長RSA和ECC的壽命。”
量子加密是長期解決方案嗎？
解釋量子加密
原則上，量子密碼可以讓你的被加密信息除了指定接受者外無人可讀。量子密碼被定義成“利用量子力學屬性執行加密任務的科學”，而外行人的定義則是：量子的多態及其“不變論”，意味著該加密方法不會被秘密中斷或干擾。
正如BBC最近在視頻中生動演示的，該加密方式就好像手持冰淇淋站在大太陽下。拿出冰柜，暴露在陽光下，冰淇淋就完全變形了。一篇2004年的斯坦福論文對此解釋得更好，論文中稱：“量子加密采用光量子并依靠量子物理定律，而不依賴‘超大數’，這是一種非常先進的技術，可以保證私密性，甚至擁有無限計算能力的竊聽者都無法窺探。”
布坎南從中看到了很多市場機遇。
量子加密應用有可能替代現有隧道方法，比如SSL和WiFi加密，創建光纖網絡上的完全端到端加密。如果光纜應用貫穿連接始終，也就沒必要再在其他層應用加密了，因為物理層的通信就已經是安全的。
量子加密其實就在于量子密鑰分發
艾倫·伍德沃德，英國薩里大學計算系客座教授，稱量子加密被錯誤地理解了，人們實際上說的是量子密鑰分發(QKD)——密鑰交換問題理論上的信息安全解決方案。QKD中，微觀量子尺度上分發的光量子，可以被水平或垂直極化，但對它進行觀測就會擾亂量子狀態。這就是量子物理中的不可克隆原理。
看到位相差，你就會意識到消息已被干擾，于是不再信任該消息。如果手握密鑰，就可以恢復到對稱密鑰加密。QKD最終就是要替代公鑰基礎設施(PKI)。
布坎南對QKD信心十足：“我們目前在物理層端到端分發中沒有合適的安全通信方法。WiFi條件下，安全僅通過無線信道提供。為保持通信安全，我們又在通信之上覆蓋上了其他隧道方法，比如VPN或SSL。有了量子加密，我們就能保護整個端到端連接，無需SSL或VPN。”
量子密鑰分發有哪些應用？
伍德沃德指出，QKD已經有商業應用了，東芝、Qubitekk和ID Quantique等供應商有提供。但QKD很昂貴，而且需要獨立的基礎設施，不像后量子加密一樣可以運行在已有網絡上。
中國在將QKD推向市場方面做了第一個吃螃蟹的人。今年早些時候，奧地利和中國科學家成功進行了首次量子加密的視頻電話，比常規加密至少安全100萬倍。試驗中，中國人利用了其衛星“墨子號”——專為進行量子物理實驗而發射的衛星，并使用了速率可達1Mbps的糾纏量子對。
伍德沃德稱，使用公鑰加密的任何事務，都可以用QKD，中國對此感興趣的原因之一是：如果物理上安全，就可以避免來自美國國家安全局(NSA)和民族國家的監視。
沒有后門，也沒有精明的數學技巧——橢圓曲線攻擊，就是基于物理定律，比數學定律簡單多了。
他預計，量子加密最終會用在政府、銀行和其他高端應用中。“如今有幾家公司在賣設備，確實有效，但也很貴，不過成本應該還會下降。人們可能會在銀行和政府之類高安全領域首先看到量子加密的身影。”
其他樣例包括：
牛津大學、諾基亞和 Bay Photonics 的研究人員發明了一套系統，可以加密支付信息，然后在智能手機和銷售終端(PoS)間安全傳輸量子密鑰，同時還監視對傳輸過程的任何黑客攻擊活動。
2007年開始，瑞士的聯邦和地區選舉中就在用量子密碼進行安全在線投票。在日內瓦，選票在中央計票站被加密，然后通過專用光纖將結果傳輸到遠程數據存儲設施。投票結果經由量子加密保護，而數據交易中最脆弱的部分——選票從計票站傳到中央存儲的過程，是無法被擾亂的。
名為Quintessence Labs的一家公司，正在為美國航空航天局(NASA)做義工項目，確保衛星和宇航員與地球間的通信安全。
小型加密設備QKarD，可令智能電網工作人員用公共數據網絡發送完全安全的信號，來控制智能電網。
巴特爾實驗室就在與ID Quantique合作，在其總部和華盛頓特區之間打造一條650千米的鏈路。去年，巴特爾就用QKD保護其俄亥俄州哥倫布市的網絡。
實際問題和國家干預
然而，量子加密未必是信息安全的萬靈丹。伍德沃德提到了在嘈雜混亂的宇宙中那居高不下的錯誤率——不可靠性，還有產生QKD所需單個光量子的技術困難。另外，基于光纖的QKD只能傳輸一定距離，于是你還需要中繼器——“弱點”。
布坎南還指出了基礎設施問題，端到端都需要寬帶光纖。
我們距離端到端全光纖系統還有很長一段路要走，因為通信信道的最后一公里往往還是銅纜。同時，我們是混合通信系統互連的，因而我們無法在端到端連接中保護物理通信信道安全。
不存在所謂萬靈丹的說法。一些研究人員最近發現了貝爾定理中的安全問題，政府的涉入也有可能造成麻煩。畢竟，這是一個政客不懂加密的時代，機構總想破解端到端加密，特別喜歡在主流技術公司里安插后門。
于是，英國國家安全中心最近一份把QKD批得體無完膚的報告，也就不那么令人驚訝了。
量子密鑰分發技術有著嚴重的實際局限，解決不了大部分安全問題，對潛在攻擊知之甚少。相反，后量子公鑰加密體系，可對現實世界通信系統，提供有效得多的緩解措施，用以抵御未來量子計算機的威脅。
加密的未來有可能是混合
伍德沃德提到了密碼學家和物理學家之間的一點小爭議，尤其在所謂“絕對安全”的構成因素方面。因此，他們各自開發不同的方法。而伍德沃德也承認，他看不到這些不同方法融合的未來。
NSA去年開始計劃轉向量子輔助的加密，而NIST則是在推動后量子算法工作。歐盟在后量子和量子加密兩方面都有努力，谷歌指望在其Chrome新希望系統中依賴后量子網格。
伍德沃德說：“我預計未來會是后量子和量子密鑰分發的混合。在投錢進基礎設施有意義的方面，你會看到QKD，終端用戶方面，則會有數學方法可用。”比如說，QKD會是傳輸旅程的一部分，或許就是從用戶到WhatsApp服務器這一段，而后量子加密則負責從服務器到消息收家這一段。
量子密鑰分發無疑是信息安全行業令人興奮的巨大機會，但在被主流廣泛采納成為現實之前，我們可能還要再等上一段時間。
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