量子互联网能够实现相当安全的通讯,但网络安全专家却认为量子力学也提供了破坏量子网络的全新攻击方法。那么未来的量子黑客将会以怎样的方式来攻击号称完全安全的量子网络呢?

 

量子网络的应用

量子网络(Quantum Network)是21世纪最受期待的技术之一,它提供了基于物理定律保证的完全安全的通信。这将极大推动诸如量子计算(Quantum Computing)、量子计量学(Quantum Metrology)、量子成像(Quantum Imaging)等即将成为主流应用的量子技术。

但是,凡事都有两面性,量子力学的特性给量子网络提供安全通讯的同时,也带来了一定的不安全因素,例如,黑客会利用量子力学的原理来攻克量子网络

东京庆应义塾大学的Takahiko Satoh教授及其同事近期共同发表了一篇论文[1],研究表明,量子网络技术存在一些经典网络没有的漏洞,因此需要用新的方式保护这些网络免受量子攻击。

  量子黑客将如何攻击量子互联网-量子客     

量子纠缠

要了解量子黑客如何攻击网络,首先必须了解一个量子力学中存在的一种神奇的特性,那便是量子纠缠(Entanglement),量子纠缠的神奇之处在于,一对相互纠缠的量子比特对,当改变其中一个量子比特的状态时,另一个量子比特的状态也会瞬间发生改变,即使它们相隔宇宙之遥。

正是这种特性,为量子密码(Quantum Cryptography)、量子隐形传态(Quantum Teleportation)、量子计算等技术提供了动力。量子互联网正是基于该特性而建立的安全通信。

但是,当下面临的一个困难是,制备量子纠缠对相对较为容易,世界各地的量子光学实验室都可以根据需要来进行制备,但是,量子纠缠的状态却非常的脆弱,任何外部的干扰都会破坏其状态,导致信息存储和传递非常困难,这也是量子网络难以建立的原因之一。

在量子网络创建的过程中,实际上很多工作都是在长距离传输过程中进行净化、存储和增强纠缠。一旦这项技术得以完善,将可以通过量子密码学来实现安全通信。因为当窃听者试图窃取量子信息时,量子网络可以很容易的检测到,所以就保证了通信的安全性。Takahiko Satoh教授团队表示,从保密的角度来看,对量子网络的前景很有信心。

 

量子网络的破坏

 在量子攻击下,量子网络在完整性(Network Integrity)和可用性(Network Availability)方面表现不佳。Takahiko Satoh教授及其同事指出,如果黑客将自己的量子纠缠注入网络,就可以使用它来劫持量子连接和量子资源从而破坏通信。这会降低甚至破坏网络的完整性和可用性。

 

量子黑客将如何攻击量子互联网-量子客
(来源:Minerva Studio/Shutterstock)

 

除了黑客的攻击,量子网络由于其量子具备的(例如纠缠)的不稳定性,所以容易被外部产生的强大的电磁场所破坏。另一方面,由于整个网络都具备纠缠的特性,当部分网络遭到破坏,其产生的影响可能会扩展到其它的部分。

根据量子不可克隆定理((No-Cloning Theorem)),量子信息无法复制,这样可以保护量子信息免受黑客攻击。但是,如果量子信息被销毁,那么信息将会完全丢失,因为发送方也不能进行复制。这将导致量子信息被破坏而不能传送到接收方,从而给量子网络带来新的威胁。

 

解决方案

有一种潜在的解决方案,即以成对的纠缠粒子编码信息,并保留其中一半。如果传输对发生任何意外,发送方可以确保共享量子比特信息的完整性。

量子网络也像普通网络一样容易受到经典攻击。链接到控制量子设备并为数据输入和输出提供接口的是经典技术层,这些容易受到与常规网络相同方式的攻击。恶意攻击者也可能会在同一骇客行动中学会使用量子和经典机制。Takahiko Satoh教授团队指出:使用量子和经典技术部分的混合攻击也是一个关键的问题。

Takahiko Satoh教授团队表示,预估了未来量子网络的潜在威胁之后,其下一阶段将会研究相关策略,以最大程度地减少量子攻击带来的潜在破坏。

 

参考链接:
[1]https://arxiv.org/abs/2005.04617
[2]https://www.discovermagazine.com/technology/how-the-next-generation-of-quantum-hacks-will-threaten-the-future-internet

 

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作者 |  Aizn      校对  丁艳     编辑 |  Sakura