????科技進(jìn)展
????2019年10月，美國(guó)谷歌研究團(tuán)隊(duì)在量子計(jì)算領(lǐng)域取得重大突破，對(duì)密碼領(lǐng)域產(chǎn)生巨大沖擊。量子計(jì)算機(jī)通過暴力破解方式，可以在短時(shí)間內(nèi)破譯密碼，使得信息加密宛如一張薄紙失去作用?？v觀人類歷史，可以發(fā)現(xiàn)加密與破譯就像矛與盾的關(guān)系一樣永恒對(duì)立。那么我們不禁提出疑問，是否有一面不可攻破的“盾”，存在絕對(duì)安全的加密呢？
????其實(shí)，我們首先明確三個(gè)概念：加密前的信息稱為明文；用于加密的信息稱為密鑰；加密后的信息稱為密文。
????2016年，我國(guó)發(fā)射了世界首顆量子衛(wèi)星——“墨子號(hào)”，使得量子密鑰技術(shù)走入大眾視野。量子密鑰技術(shù)本質(zhì)上是一種利用光子的量子屬性并結(jié)合“一次一密”方法的密碼技術(shù)。量子密鑰主要借助了量子的兩種屬性：一是從原理上無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)出光子的偏振方向（即密鑰），這讓竊聽的內(nèi)容變得不準(zhǔn)確，同時(shí)可產(chǎn)生我們想要的隨機(jī)序列；二是測(cè)量行為本身會(huì)改變光子的狀態(tài)，竊聽者想要竊聽密鑰分發(fā)過程，就要對(duì)光子進(jìn)行測(cè)量，而一旦產(chǎn)生測(cè)量就會(huì)改變光子狀態(tài)。合法接收者處的數(shù)據(jù)會(huì)因此變得混亂，竊聽者就會(huì)“原形畢露”。密鑰分發(fā)問題得到了解決，同時(shí)“一次一密”又是理論上不可破譯的。因此，可以認(rèn)為量子密鑰技術(shù)是一種絕對(duì)安全的技術(shù)。但是，量子密鑰技術(shù)在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中存在許多問題。
????首先，其晦澀難懂的量子物理特性較難被普通大眾所理解，入門門檻過高。其次，量子衛(wèi)星是光通信，易受其他光源的影響。通常量子衛(wèi)星只能在夜空晴朗且月光較暗的情況下與地面通信，通信條件過于苛刻，在那些實(shí)時(shí)不中斷的通信場(chǎng)景中較難得到應(yīng)用。最后，量子衛(wèi)星在與地面觀測(cè)站通信后，需要借助一條地面專用的光纖網(wǎng)傳輸?shù)侥康耐ㄐ诺攸c(diǎn)，而鋪設(shè)大規(guī)模的光纖傳輸線路成本過高，實(shí)現(xiàn)存在較大困難。
????對(duì)量子密鑰技術(shù)進(jìn)行深入探究，不難發(fā)現(xiàn)量子雖然可生成想要的隨機(jī)數(shù)，但中間的密鑰分發(fā)因?yàn)橛腥斯⑴c仍然過于復(fù)雜，難以實(shí)際應(yīng)用。那么，是否存在一種由自然環(huán)境內(nèi)生的“一次一密”密碼技術(shù)，其從密鑰產(chǎn)生到密鑰分發(fā)都來自于環(huán)境本身呢？
????基于無(wú)線物理層信道密鑰（簡(jiǎn)稱信道密鑰）生成，是近年來興起的一種密碼技術(shù)，因其信道密鑰生成和分發(fā)只借助無(wú)線通信環(huán)境內(nèi)生屬性，不需要第三方的幫助，受到學(xué)者們的廣泛關(guān)注。
????眾所周知，無(wú)線通信是通過電磁波進(jìn)行信息傳輸?shù)?。電磁波從發(fā)送方到接收方的傳播路徑，被稱為無(wú)線信道。電磁波在傳播過程中，由于受傳播路徑上障礙物等環(huán)境條件影響，會(huì)發(fā)生反射、折射、漫射等現(xiàn)象，因此無(wú)線信道狀態(tài)信息是時(shí)刻在變的（時(shí)變性）。同時(shí)，由于收發(fā)雙方觀測(cè)到的無(wú)線信道特征是相同的（互易性），所以收發(fā)雙方的信道狀態(tài)信息是相同的。
????至此，我們考慮一下，竊聽者能否獲得與收發(fā)雙方相同的信道狀態(tài)信息呢？經(jīng)過剛剛的介紹，可以知道無(wú)線信道狀態(tài)與電磁波傳播路徑有關(guān)。那么只要竊聽者與接收者不在同一個(gè)位置，顯然發(fā)送者對(duì)二者的傳播路徑是不同的，也就是說竊聽者與收發(fā)雙方的信道狀態(tài)信息是不同的（不相關(guān)性）。
????基于以上三點(diǎn)特性，“一次一密”以無(wú)線信道狀態(tài)信息為密鑰是可行的。首先，時(shí)變性保證了每次加密時(shí)的密鑰是不同的；其次，互易性保證了收發(fā)雙方用相同的密鑰進(jìn)行加解密；最后，不相關(guān)性保證了竊聽者無(wú)法獲得需要的無(wú)線信道狀態(tài)信息，使得密鑰分發(fā)是安全的。
????信道密鑰由無(wú)線通信環(huán)境內(nèi)生，又因無(wú)線通信環(huán)境特性無(wú)需添加人工的密鑰分發(fā)過程，是一種真正意義上環(huán)境內(nèi)生的“一次一密”技術(shù)。同時(shí)，經(jīng)過各國(guó)科學(xué)家對(duì)電磁波的多年研究，其理論完整且清晰，易于常人理解。最后，信道密鑰技術(shù)無(wú)需改變現(xiàn)有的通信協(xié)議，也無(wú)需額外增加硬件資源，是一種輕量級(jí)的密碼技術(shù)，因此，可以在無(wú)線通信設(shè)備中大規(guī)模應(yīng)用。
????無(wú)線物理層信道密鑰是一種環(huán)境內(nèi)生的“一次一密”密碼技術(shù)，其理論上不可攻破，可謂是一面堅(jiān)不可破的“盾”。隨著5G技術(shù)的普及，萬(wàn)物互聯(lián)時(shí)代的到來，無(wú)線通信安全迫切需要這樣一面“盾”。相信這種環(huán)境內(nèi)生安全技術(shù)會(huì)在未來大放異彩。
????（作者任職于信息工程大學(xué)）



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