数据安全，旨在确保互联网通信安全，必须跟上窃听者的 黑客攻击 能力。随着 解密技术 借助更快速、更强大的计算机而不断增强，数据和通信将更易遭受攻击。
当前的加密标准依赖随机数发生器和复杂的数学公式。问题在于，技术进步将使现有加密方法过时。在更好的解密方法被开发出来之前，这将使数据暴露在外，并易遭截获。
但一个全新的世界正在展开。未来的安全寄托于 量子密钥分发，这一领域自1984年首个方案问世以来，经历了快速的研究与开发。量子密钥分发利用量子力学确保通信安全。它使双方能够生成一个仅双方知晓的共享随机密钥，随后可用于加密和解密信息。
该技术既可应用于光纤网络，也可用于自由空间卫星通信。支持高速、跨不同信道进行量子密钥分发传输的技术正在研发之中，以便能够便捷地融入现有网络。
量子物理开启一个新世界
量子密钥分发有潜力成为保障机密性与隐私的关键技术。量子力学定律不会因技术进步而变得脆弱，这使量子密钥分发成为首个也是唯一无条件安全的数据加密方法。
这如何可能？量子物理的惊人效应意味着，量子加密信息可免受窃听。在一次性密码本技术中使用时，量子密钥分发可以对数据传输进行加密，无论是用于企业、政府还是个人用途。
量子密钥分发技术在不同电信信道中的发展，将使全球量子网络成为可能。
工作原理
该技术的强大之处在于， 量子 密钥分发允许双方通过一个简短的、预先共享的身份验证口令及一次公开交换，建立秘密密钥。这是传统的非量子手段无法做到的。
它能够满足实现不可破解安全性的两项要求：
利用量子随机数发生器生成真正随机的比特序列，用作一次性密码本加密密钥；以及
在经过身份验证的用户之间安全分发加密密钥。
量子密钥分发以力学定律为工具，保护用户之间共享的加密密钥。该密钥以二进制比特序列的形式存在，可与敏感数据结合，使其无法被理解。其前提很简单——如果窃听者窃取了加密数据，只要密钥是随机且安全的，他们便无法从中获取信息。
单个光子等量子粒子被用作数据载体以形成加密密钥。量子粒子所表现出的行为可用于保守信息秘密。
如果窃听者试图在量子粒子抵达预期接收方之前测量或复制其所携带的信息，经过身份验证的用户将在传输过程中注意到较高的误码率。随后，他们可以弃用该密钥并重新开始这一过程。被截获的密钥尚未用于加密敏感信息，因此弃用它不会造成任何损失。
针对不同应用，人们已设计并量身定制了许多密钥分发方案。单光子以量子比特信息进行编码，利用偏振态或脉冲之间的相位差等二能级系统来表示二进制数据。
量子比特通过专用量子信道发送，但密钥筛选程序是公开讨论的。量子协议的设计使公开通信对窃听者而言含混不清，且无需额外的安全保障。
从构想到现成产品
目前可商用的 系统 可用于加密城域光纤网络通信。新的研究重点在于利用低损耗光纤或效率更高的探测器延长信道长度。
研究人员也在探索量子中继器——一种能够在不破坏信息的情况下放大信号的装置。
通过卫星实现的自由空间量子通信更适合长距离传输。自由空间量子密钥分发技术是一个活跃的研究领域，重点在于克服干扰传输的湍流效应。
短距离个人量子密钥分发设备是一个新兴且令人振奋的研究领域。这些设备可为消费者补充加密密钥，用于信用卡支付或银行交易。这些设备的设计尺寸足够小，可以手持，甚至可以装入手机。
量子密钥分发已在南非站稳脚跟。2008年，德班成为全球首个 量子城市，利用商用量子密钥分发系统加密eThekwini市政光纤网络。德班的摩西·马比达体育场也成为首个 体育场 ，在2010年世界杯期间使用量子技术加密安全通信。
量子密钥分发的应用
欧洲电信标准化协会已 发布 了有关量子技术应用的标准。可能的应用包括：
通过城域网加密企业或政府机构各分支机构之间的传输。这包括往返异地备份服务器的数据传输；
用于关键基础设施控制或网络骨干的安全通信；以及
通过不可信节点在远程站点之间进行加密通信。
在一个由网络通信驱动的社会中，人们很容易希望对所有通信都采取不可破解的安全措施。但是，若所有数据传输都完全安全且保密，其影响又将如何？
无法保证不可破解的加密不会被用于涉及恶意活动的通信。尽管量子密钥分发为数据安全带来了新的可能，但考虑该技术应如何使用至关重要。
本文与 The Conversation合作发表。本文的发表并不意味着世界经济论坛认同其中的观点。
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作者： Sharmini Pillay ，夸祖鲁-纳塔尔大学博士候选人。
图片：这张在柏林拍摄的插画中，一只手的剪影出现在电脑屏幕前。REUTERS/Pawel Kopczynski
