於科技部前瞻量子科技研究中心的清華大學團隊,在2019年11月底,公布量子加密通訊測試成果,這意味著,臺灣也能自主掌握關鍵技術。攝影/羅正漢

隨著能力遠超現代電腦的量子運算技術出現,現在看似安全的密碼,將在極短時間被破解,資安出現新的隱憂,而量子技術的另一發展道路──量子通訊加密,則是實現密碼安全的作法。

在國際上,對於量子電腦、量子通訊的技術,都已研發了相當多年的時間,例如,Google更在2019年11月發表量子電腦新成果,他們指出,原本超級電腦要用1萬年處理的運算,量子電腦只要3分多鐘可完成,而市面上,也已有量子加密通訊產品問世。

以光的最小組成傳遞密碼

為何這樣的技術能因應未來量子電腦帶來的資安挑戰?簡單來說,這是利用「光子」,也就是光的最小組成粒子,來傳遞加密所需要的密碼。

關於加密的問題,科技部前瞻量子科技研究中心量子通訊組副教授褚志崧表示,現在的公開金鑰加密法,是基於一個相當大的質數乘積,超級電腦都要花很多時間破解,但今日如有比超級電腦更厲害的電腦出現,過去的安全就變得不夠安全。而在密碼學中,最安全加密的方法,要能夠隨時交換密碼或密鑰,然而,以往沒有好的方法產生安全的密碼,而量子加密通訊引入量子力學的特性,讓通訊雙方產生安全的密碼,並且能做到隨時更新更換。

對於光子不容易被破解的原因,褚志崧進一步解釋,當東西在很小或能量很低的時候,會有「測不準」的特性。等於是借助物理特性,來達到真正安全的密碼產生與傳輸。他認為,除非物理的原理被證明是錯的,否則安全性應該是百分之百。而且,一旦發現有外界測量的情況,由於數據將會變得不同,因此系統將能察覺到窺探的跡象,而這也是與現行加密技術的一大差異。

值得注意的是,目前這樣的量子加密通訊技術,褚志崧表示,國外已有銀行業應用的案例,直接用做加密通訊,或增強加密通訊安全性。另外,我們也看到商業化解決方案,像是ID Quantique(IDQ)等廠商推出的相關產品。

臺灣取得技術新突破

事實上,關於量子加密通訊的發展,在20年前美國就已經成功實現,不過,當時是在無干擾的實驗室中完成,且通訊距離只有30公分;在2016年,中國也發射了量子衛星「墨子號」,通訊距離到可常達1,200公里,但光子在大氣傳播很容易發散,導致通訊效率變低;在2018年11月,奧地利也在實驗室內,成功完成400多公里光纖的量子加密通訊測試。至於臺灣,雖然從2018年3月開始起步,但在短短一年半的時間內,已取得戶外測試成功的成果。

為了讓臺灣可以跟上國際在量子技術的發展,科技部從2018年開始,將量子技術列為優先補助的項目之一,並協同教育部,共同成立前瞻量子科技研究中心。最近,該研究中心的清華大學團隊宣布,已經打造出量子加密通設備原型,在2019年7月,成功測試25公里室內光纖量子加密通訊,到了9月,他們也實現4公里的戶外光纖量子加密通訊。


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