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科學人雜誌, 四月

科學人雜誌, 四月


出版社 / 遠流出版事業股份有限公司

商品語言 / 中文/繁體

裝訂 / 平裝

定價 / NT$220

售價 / 9折, NT$ 198

※ 無庫存


科學人雜誌, 四月 其它優惠/消息


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內容簡介

量子金鑰 鎖住鈔票

一旦量子電腦在10年後問世,駭客便有機會隨時竊取你的網路交易資訊,屆時荷包恐不保。幸好,兩位科學家30多年前在海灘上想出的創新點子,如今可能演變成我們的救命繩。

撰文/佛爾吉(Tim Folger)
翻譯/鍾樹人

重點提要
■一般電子商務和通訊使用的加密法,通常以大質數為基礎,現今的電腦配備還不足以破解這種加密技術。
■量子電腦利用次原子世界的奇異規則,可同時嘗試程式碼的所有解法,因此能破解現在的加密法。
■尚未有人打造出完整的量子電腦,但學術機構、政府和民間研究人員都在研發,某些專家表示,他們可能不出10年就會成功。
■研究人員挖空心思使量子加密技術更加完美,並爭相推廣。量子加密利用量子的不確定性,創造出幾乎無法破解的程式碼。

10月的某個晴朗下午,在波多黎各聖胡安的海灘上,兩位科學家想到了一個創新的點子。那是1979年,布拉薩(Gilles Brassard)剛拿到美國康乃爾大學的博士學位,沉浸在溫暖的加勒比海裡,當時有人游向他,這位黑髮的陌生人侃侃而談如何製造無法偽造的貨幣。1969年,哥倫比亞大學的研究生魏斯納(Stephen Wiesner)提出了一項技術:在紙幣中嵌入光子;每張鈔票都有獨特的一連串光子、一個無法複製的量子序號。根據量子力學定律,任何測量或複製光子的方法都會立即改變光子的特性。

布拉薩現在是加拿大蒙特婁大學的資訊科學教授,他說:「當然,那時我很驚訝,但我還是禮貌地聽他說。」布拉薩表示,那段對話後來改變了他的人生;那位黑髮的班奈特(Charles Bennett)如今是IBM的研究物理學家,他在先前的研討會上就聽說了布拉薩。雖然他們都對量子鈔票的點子很著迷,但也明白這個點子在技術上不可行。即使到了今天,還是沒人知道如何在一張紙上捕捉、固定並儲存光子。畢竟,光子的速度很快。

布拉薩說:「現在稍有進展,雖然量子鈔票距離實際應用還有一大段差距,但就想像實驗來說,這是一個起點。這充份說明一個點子在實用層面上可能荒誕不羈,卻富有創意。因為班奈特和我就是從那裡,才開始有了新的想法,也就是如今廣為人知的量子金鑰傳輸(QKD)。」

QKD是利用光子來編碼並傳輸資料的技術,原則上,它提供了完全無法破解的加密型式。班奈特和布拉薩那天在海灘上相遇後,開始了為期五年的合作,催生有史以來第一個不借助數學複雜性、改用物理定律的加密法。當他們在1984年發表研究結果,很少研究人員注意到這個點子,更遑論有人認真看待了。布拉薩說:「有些人認為異想天開,但仔細讀過的人才會這麼說。我想連我們也沒這麼看重自己。」

不過情況今非昔比。30年前,除了政府的情報機構,很少人會用到加密技術。現在,加密已成為一般網路交易的基本技術。每當有人在網路上輸入密碼或信用卡號碼,網頁瀏覽器內建的精密程式會在幕後保護資訊安全,防止網路竊賊的覬覦。加拿大滑鐵盧大學量子計算研究所的研究人員馬卡洛夫(Vadim Makarov)說:「這是大家需要卻不會注意到的技術,可是它真的管用。」

過不了多久,加密技術可能就會失靈。隨著量子電腦的出現,現今的每種加密法幾乎不再管用,因為量子電腦能破解複雜的程式碼,無論亞馬遜購物網站或電力網,都將暴露在危險之中。雖然還沒有人打造出完整的量子電腦,但全世界的學術機構、企業和政府實驗室都在嘗試。2013年,史諾登(Edward Snowden)揭露美國國家安全局(NSA)秘密蒐集資料的行為,並提到NSA的秘密計畫「穿透硬目標」(Penetrating Hard Targets):他們打算花費7970萬美元打造量子電腦。洛沙拉摩斯國家實驗室的物理學家紐厄爾(Ray Newell)說:「沒有人能拍胸脯保證,量子電腦不會在10或15年後問世。」

如果第一台量子電腦啟動了,在破解程式碼的威脅下,我們最有效的反制作為可能是另外一種量子魔法:以班奈特和布拉薩在32年前提出來的理論為基礎的網路加密技術。量子加密利用單一光子的奇異特性來編碼資料,事實上,打造量子加密會比量子電腦容易得多。再者,一些小型的量子加密計畫已經開始執行。只不過有個問題:以量子加密取代全世界的加密系統,可能會比發展量子電腦的時間還長。紐厄爾說:「如果你覺得未來10~15年將出現這個問題,那麼我們應該在昨天就開始做這件事,我們可能已經為時已晚了。」

對稱與非對稱的隱密

現在我們進行電子商務非常簡單,只要按按滑鼠、點點螢幕,但隱藏在背後的是優雅而複雜的數學演算法,是由兩種不同型式的加密法構成:「對稱加密」和「非對稱加密」。對稱加密使用同樣的密鑰來加密或解密資料;在非對稱加密中,一個金鑰用於編碼資料,另一個不同的金鑰則解碼資料。我們每次在網路上安全交換資訊,都需要用到這兩種方法。

一般來說,顧客的家用電腦與商家的網站伺服器進行資料傳輸,會先產生在網路上共享的一個對稱金鑰,對信用卡號碼和其他個人資訊進行編碼。基本上,金鑰是一組關於如何編碼資訊的指令。簡單說,金鑰可能把信用卡號碼的每個數字都乘以3。當然,在現實世界裡,金鑰的數學演算法複雜得多。每當有人在網路上購物,家用電腦的網頁瀏覽器就會與商家的網站伺服器交換金鑰。但在最初的交換過程中,我們如何保持金鑰的隱密性?這時就得透過非對稱加密這個第二層安全措施,加密對稱金鑰。

【編者的話】

上上網路、滑滑手機、App按幾個鍵,啊!一不小心又買東西了。

今天的線上購物幾乎在一瞬間完成,你可能根本不需要輸入信用卡號碼、個人密碼、驗證碼等,更不必了解背後複雜的數學演算法;大家欣然接受網路交易大致上安全無虞,也很快習慣讓生活大小事發生在虛擬世界。然而所有在網路上儲存或傳輸的資料,你的銀行帳戶、通訊內容、個人隱私,即將面臨空前安全危機!量子電腦10年內就可問世,它強大的運算能力,現今以大質數為基礎的加密技術立刻破功!

要鞏固量子時代的資訊安全,唯有以其人之道還治其人之身。根據量子物理,資訊的量子位元(qubit)可以同時是0與1,就像「薛丁格的貓」,你不打開箱子,不會知道這個位元處於哪個量子態。利用一連串偏振光子來傳輸資訊,便可確保資料不被偷窺,打造〈量子金鑰 鎖住鈔票〉。

銀河系中,有一顆尚未命名的恆星正以詭異的節奏忽暗忽亮,想透露什麼訊息?天文學家絞盡腦汁,悟出唯一的可能:那裡有一條〈宇宙級華麗行星環〉。昆蟲以費洛蒙到底如何「溝通」?〈小螞蟻 大數據〉引入演算法,破解蟻群不需首腦也可運作順暢的秘密。想知道上述科學家為什麼這麼有創意?你得先〈讓大腦再年輕一次!〉。更多新奇內容,請見《科學人》雜誌2016年4月號。







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誠品26碼 /2680098205044
EAN /471902500059404

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