文 艾德文苔絲

當你點擊手機解鎖，登入個人郵箱，或者在線購物時，可能對輸入密碼早已司空見慣，習以為常。然而這背后，卻有著一場持續千年的戰爭——一系列的社會活動中，個人或者集體創造利潤或者優勢的核心關鍵往往是制造信息壁壘或者信息差，因此關于加密和破譯重要信息的攻防戰，在人類文明中占有重要地位。

在中國北宋時期，官修的軍事著作《武經總要》記載了一種軍事保密通信的代碼方法。它是這么運轉的——首先集合四十個常用軍事短語，再對其進行 順序編碼。比如：「一、請弓；二、請箭；三、請刀；四、請甲；五、請槍旗……四十、戰小勝。」

武經總要

隨后，在軍隊出征前，通信雙方的統領交換保存上述 編碼本，并約定用一首不含重復文字的40字詩歌與上述編號對應。

如果他們選擇的是「國破山河在，城春草木深」（《春望》）這首詩。那么，當軍隊需要補充將士的盔甲時，前方統領就從密碼本中找出對應編號「四」，并在詩中確認對應第四個字「河」。這樣，一封寫有「河」的公文便會被傳達到指揮處，接收方通過約定的方法反向操作，便能解碼真實的信息。

凱撒大帝畫像

從加密的手段上看，這無疑是屬于經典的替代式加密法。最有代表性的 凱撒密碼便屬于此類。其相傳由這位古羅馬帝國皇帝親自發明，用在與遠方將領的通信上。它的基礎思想是：通過把字母移動一定的位數來實現加密和解密。

例：每個字母被整體向后移動三位的字母代替進行加密

無論是凱撒密碼還是武經總要，或者古代政治經濟生活中的私密內容，加密都多依附于 語言學。而任何自然語言系統都是基于語素的排列組合，那么破解密碼都是一個數學求解的過程。

上述加密手段曾度過一段輝煌的時光。但除了內部人員泄密以外，使用 頻率分析法進行破譯一直是加密者們心中揮之不去的陰影。典型的例子就是密碼學家托馬斯·菲利普通過頻率分析法破譯了瑪麗女王的密碼，并在其寄出的一封信件后附加了一段偽造的密文，誘使同黨說出參與計劃的同伙的名字。暗殺計劃暴露后，瑪麗女王以及其同黨都遭到伊麗莎白女王的處決。

英語書寫文字樣本的字母出現頻率分布，元音e無疑非常頻繁

20世紀初期，機械化的發展帶來了勞動效率上的提升，同時也反映在 算力上。德國汲取了第一次世界大戰的教訓，首先發展出了以機械代替人手的加密方法，發明了「謎」——英格瑪（Enigma）密碼機，用于 軍事和商業上，通過機械組合使得編碼的可能性提升到了上億種。

Enigma密碼機

與之相對，二戰中，圖靈等數學家在英國布萊奇利公園開展的密碼分析工作，最終促使「巨像（colossus）」的誕生——這是世上第一臺 全電子可編程計算機，用于對德軍的英格瑪密碼進行破譯工作。

電影中的阿蘭·圖靈

純從密碼破解的數學考核來看，簡單的「置換、替換法」變成大數的質因數分解問題或是離散對數問題等。算力的大幅度增加，使得破解密碼不再討論其可能性，而成為了一個 效率概念上而言孰優孰劣的問題。即運算加密或者破譯一組密碼所需要的時間和算力在量級上是否可以被決策者接受。不過值得慶幸的是，用一臺普通筆記本電腦的算力，去暴力破解銀行賬戶的密鑰，可能要花費的時間是一萬年。

但在上世紀90年代末到21世紀初，科學家提出了 量子計算機并給出相關算法，認為如果人類能夠實現這個設想，大數質因數分解可能只需要幾秒鐘就能算出來。那么很大一部分基于此的加密技術就此失效。近年來，量子計算機領域的火熱和研究進展，讓人們看到了這種威脅的可能性。

量子計算機的出現是一個拐點

的確，從密碼構成的原理上看，任何密碼都是可以暴力破解的。信息學之父香農提出，唯有 一次性填充密碼才是堅不可摧的。這就是為什么網絡安全專家總是建議你經常更換密碼的原因。

軍事、金融、個人信息安全的迫切需求，使得科學家開始研究新的防守方案。 量子密鑰分發正是這樣一種理想的「一次性」密碼載體。它利用量子態特性來確保安全，主要可以由兩個手段實現。

第一個手段是基于 制備和測量的協議。由于量子的不確定性——即觀察必然會對量子的狀態產生干擾和不可克隆原理，使得任何信息的劫持和竊聽都會產生足夠的干擾值。當干擾值達到一定程度后加密方便可以放棄本次數據交流，另起爐灶以保護信息安全。

第二個手段是基于 糾纏態的協議。由于量子態能夠建立某種隱秘聯系，使得它們無論相隔多遠依然可以被看做是一個整體的量子態而非相互獨立，這被稱為「量子糾纏」。如果有第三方試圖加入這個系統，并試圖對其進行攔截或者竊聽就會影響整個系統，使得持有量子態的兩方能夠檢測到第三方的存在，并視情況決定是否放棄本次數據交流。

克勞德·艾爾伍德·香農

簡單來理解，量子密鑰就像是給信息加了一次性封條，一旦試圖打開就會被知曉并且再次加上封條。不像其他利用算法來抵御量子計算攻擊的加密手段，這種方法從理論上是絕對安全的，被部分業內媒體譽為「最強之盾」。

然而這支盾的打造卻絕非易事。同樣由于上述的量子特性，使得「造盾人」在操控單量子狀態的穩定、多粒子糾纏、長距離量子通訊網絡構建等方面困難重重。許多人總以為量子計算領域被諸如谷歌、IBM等國外科技巨頭所壟斷，但事實上，中國科學家在量子網絡構建、量子通訊加密的領域目前卻做到了世界領先。

2004年，以潘建偉教授為主導的中國科研團隊，實現了五光子糾纏和終端開放的量子態隱形傳輸，在量子操作個數以及利用糾纏來傳遞信息上率先打開局面，然而這還遠遠不夠。

潘建偉與其科研團隊

量子通訊加密領域的一個重要命題，是如何對多個量子比特的 相干操作和糾纏態制造。真量子糾纏比特數目的增加會有效提升量子計算機的運算速度的級數，因此成了各國角逐的技術焦點。但是隨著量子比特數目的增加，干預行為帶來的噪聲，串擾和錯誤也隨之增加。要實現多個量子比特的糾纏，需要進行高精度，高效率的量子態制備和獨立量子比特之間相互作用的精確調控。

到2018年，潘建偉科研團隊通過反復試驗，艱苦攻關，終于實現了利用六個光子的三個不同自由度，實驗型的展示了18個量子比特的 GHZ糾纏。保證精度和效率接近于1的情況下，實現了目前全球光量子比特的最大糾纏數。

六光子偏振糾纏GHZ態的生產過程

2019年，「我太難了」一度成為網絡流行語。但事實上，中國科技工作者卻根本沒有停下進取的步伐，在科研領域「不怕難」才是真正的口號心聲。2019年12月30日，世界首顆量子科學實驗衛星「墨子號」首次在濟南實現與可移動量子衛星地面站對接, 潘建偉團隊光量子糾纏的超距作用的實驗成功又贏得了國際同行的認可。

除了量子通訊領域的矚目進展，舉目望去，你還可以看到：衛星指揮中心的科研人員們，讓嫦娥四號成功落地月球背面，實現人類首次月面生物實驗；長征五號的火箭工程師走出至暗時刻，讓YF-77發動機箭起海南；中國環流器二號M裝置即將建成，為我國可控核聚變技術添磚加瓦；在一片鹽堿地上，海水稻結出了飽滿的麥穗；技術人員把信號基站鋪進沙漠與深山，中國5G規模全球領先。

與此同時，還有千千萬萬的中國普通人，在各自的行業揮灑汗水，他們堅信「付出必有回報」，日復一日貢獻精力與智慧。在新春來臨之際，讓我們用這支短片，去致敬每一個迎難而上的中國人。

點擊播放視頻

從2002年成立至今，中國銀聯在支付領域打造了足以為世人驚嘆的中國速度：成為全球發卡量和交易量最大的銀行卡組織；深耕移動支付領域推出銀行業統一APP云閃付；并且打造區塊鏈服務網絡、基于金融安全標準的「刷臉付」，為支付產業的安全發展創造了更多可能。中國銀聯作為中國支付領域的國家自主品牌，已逐漸成為中國與世界溝通的名片。

2019年，對很多企業和個人或許都是艱難的一年，但各行各業為建設祖國而努力的每一個人，依然在自己的崗位上盡心拼搏。云閃付秉承「迎難而上」的精神和付出必有回報的品牌價值觀，誓將與十四億國人在2020年攜手同行。

2020，不怕難。

參考資料：

本文系網易新聞·網易號“各有態度”特色內容