在普朗克提出的量子理論中，量子的不可復制性是一項基本定律。如果一枚旋轉著(zhù)的硬幣是量子世界中一個(gè)物體，一旦你要復制它，勢必要對它進(jìn)行測量，這種外來(lái)的行為就會(huì )改變它的運動(dòng)狀態(tài)。也就是說(shuō)，任意量子的狀態(tài)，在受到復制或測量時(shí)，都會(huì )發(fā)生變化。換個(gè)角度說(shuō)，量子一旦被測量過(guò)，就不再是原來(lái)的那個(gè)量子了。所以，利用量子的這一特性制作的密碼，從理論上講是一種最為安全的密碼。一個(gè)量子物質(zhì)的傳送過(guò)程就像光在光纖里傳輸過(guò)程一樣，如果一個(gè)偷聽(tīng)者想在某一個(gè)地方偷聽(tīng)信息，或者將該信息內容復制下來(lái)，這就是一種測量行為，這種測量對量子體系來(lái)說(shuō)意味著(zhù)對整個(gè)體系的破壞，其結果是被測量的信息將全部消失。
正是基于以上原理，科學(xué)家們提出了量子密碼的概念，并把它應用與量子通信系統中，因此從理論上講，量子通信是絕對安全的。[1]
二十世紀70年代，在量子通信概念提出以前，當時(shí)美國的偽鈔特別猖狂，美國哥倫比亞大學(xué)有一個(gè)年輕的學(xué)者，提出了電子貨幣的概念。他建議使用量子信息建立一種無(wú)法復制的量子貨幣，并寫(xiě)了一篇文章，投到一個(gè)雜志，那個(gè)雜志的編輯認為這個(gè)年輕人簡(jiǎn)直就是胡思亂想，于是把稿子退了回去。
到了二十世紀80年代，美國彼尼特和加拿大的一個(gè)密碼學(xué)家Bennett Brassard開(kāi)國際會(huì )議閑聊時(shí)，談到這個(gè)年輕人的想法，覺(jué)得非常有啟發(fā)。于是他們就把年輕人的想法研究了一番，并提出了BB84量子密碼的方案。
這便是量子密碼的起源。BB84量子密碼的方案在已經(jīng)被證明是非常成功的，即便以后的量子計算機，或更高級的儀器都無(wú)法破解。BB84量子密碼已經(jīng)成為目前國際上使用最多的一種量子密鑰方案，而且成為量子通信的重要發(fā)展基礎。
自從1984年Bennett Brassard 提出量子密鑰分發(fā)的BB84協(xié)議以來(lái)，由于其建立在量子的不確定性原理和不可克隆原理基礎上的無(wú)條件安全性，量子密碼得到了迅速的發(fā)展。
2002年，瑞士日內瓦大學(xué)的研究組在 67千米的光纖中實(shí)現了單光子密碼通信；但是由于目前還沒(méi)有完美的單光子源，以上實(shí)驗均是用弱相干光衰減來(lái)近似得到單脈沖，其中有些脈沖仍然含有多個(gè)光子，對光子數目分束攻擊就是不安全的。
2003年，Hwang提出了基于誘騙態(tài)的量子密鑰分發(fā)的思想，利用強度不同的弱相干態(tài)光源抵抗分束攻擊。2004年，實(shí)際可行的誘騙態(tài)量子密鑰分發(fā)方案被提出。2006年，中國科技大學(xué)教授潘建偉小組、美國洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗室、歐洲慕尼黑大學(xué)—維也納大學(xué)聯(lián)合研究小組各自獨立實(shí)現了誘騙態(tài)方案，同時(shí)實(shí)現了超過(guò)100公里的誘騙態(tài)量子密鑰分發(fā)實(shí)驗，由此打開(kāi)了量子通信走向應用的大門(mén)。[1]
現代密碼學(xué)，它的安全性是建立在數學(xué)復雜度的基礎之上，換句話(huà)說(shuō)，如果密碼被竊聽(tīng)者成功破譯，用戶(hù)是不會(huì )發(fā)現的。而量子密碼學(xué)是根據物理基本定律提供的一種密鑰分發(fā)方式。在量子信息處理中，信息的載體為量子態(tài)。因此，量子信息處理，包括量子密碼，都必須遵守量子力學(xué)的定理和法則。量子力學(xué)保證，竊聽(tīng)者一旦測量合法用戶(hù)傳輸的量子態(tài)，就會(huì )干擾、破壞該量子態(tài)，從而導致合法用戶(hù)的測量結果發(fā)生變化。合法用戶(hù)只要隨機公開(kāi)他們的部分結果，就會(huì )發(fā)現竊聽(tīng)者的竊聽(tīng)行為。如果合法用戶(hù)確認竊聽(tīng)者獲取的信息量不大，他們可以通過(guò)糾錯和私密增強等后處理手段，把竊聽(tīng)者獲取的信息全部去除掉。也就是說(shuō)，在糾錯和私密增強后，竊聽(tīng)者再也無(wú)法知道合法用戶(hù)密鑰的任何內容，這樣，合法用戶(hù)就擁有了一段安全的密鑰。接下來(lái)，合法用戶(hù)就可以使用這一段密鑰，使用經(jīng)典的密碼算法，進(jìn)行安全通訊。
量子密鑰分配的安全性是受物理學(xué)(量子力學(xué))基本原理或定理所保證，然而在實(shí)際的量子密鑰分配過(guò)程中，量子信道總是存在噪音，所以合法用戶(hù)分配的密鑰總會(huì )存在誤碼。為了確保密鑰的安全，合法用戶(hù)必須假設，所有的誤碼都是由于竊聽(tīng)引起的。合法用戶(hù)可以根據誤碼的大小，計算出竊聽(tīng)者可能獲取信息的上限，并且通過(guò)糾錯和私密增強等算法，獲得最終的安全密鑰。
專(zhuān)家也指出，雖然量子密鑰分配的安全性已經(jīng)獲得嚴格證明，但由于實(shí)際系統以及其中一些元件存在各種各樣的不完備性，因此，實(shí)際系統量子密鑰分配的安全性，仍然需要繼續深入研究。[2]
誘騙態(tài)量子密碼方案
量子密碼為兩個(gè)遙遠的用戶(hù)之間建立隨機、保密且無(wú)條件安全的量子密鑰提供了一個(gè)強有力的工具。然而，由于實(shí)際物理設備的固有缺陷（如通信光纖傳輸損耗、探測器固有暗計數、單光子源的尚未實(shí)用化等），給實(shí)際系統中的量子密鑰生成率和最大安全傳輸距離帶來(lái)了局限。為了解決這個(gè)問(wèn)題，國際上許多小組都進(jìn)行了大量的理論和實(shí)驗研究，一些新方法新技術(shù)不斷被提出，誘騙態(tài)量子密碼理論主要是針對竊聽(tīng)者分束攻擊這一根本問(wèn)題提出的解決方案。
2003 年，Hwang提出了一種抵抗分束攻擊的有效方法——誘騙態(tài)（Decoy）編碼方法?；驹硎前l(fā)送方隨機地使用兩個(gè)波長(cháng)、線(xiàn)寬等物理常數都相同，只有強度不同的弱相干態(tài)光源，其中一個(gè)稱(chēng)為信號態(tài)（signalstate），用于量子密鑰分配；另一個(gè)稱(chēng)為誘騙態(tài)（decoystate），用于探測竊聽(tīng)者的存在。[1]
不可破解的量子密碼
2013年9月，東芝公司劍橋研究實(shí)驗室的Andrew Shields和同事們稱(chēng)，他們現在已經(jīng)研發(fā)出發(fā)送無(wú)法被破解的保密信息的方式，也就是所謂的“量子密匙分配”（QKD）。
研究團隊聲稱(chēng)他們的研究能夠使QKD技術(shù)更加實(shí)用，而且更接近于成為被商業(yè)、銀行業(yè)和政府機關(guān)所廣泛使用的技術(shù)。
然而有人并不贊同量子密碼技術(shù)能夠實(shí)現全面防護。維也納技術(shù)大學(xué)的理論物理學(xué)家Karl Svozil說(shuō)道，目前研究所使用的協(xié)議并不能屏蔽所有的竊聽(tīng)方法，量子密碼學(xué)的使用必須遵守某些規則，只有那樣才是完全安全的。[3]
中國學(xué)者從上世紀90年代初開(kāi)始進(jìn)入量子信息領(lǐng)域的研究，取得了一系列重要進(jìn)展。特別是在量子密碼方面，中國學(xué)者在理論、實(shí)驗和實(shí)用化上都取得了可喜的成績(jì)，在國際上占有了一席之地。然而從理論方面來(lái)看，中國學(xué)者的研究大多數是跟蹤性的，原創(chuàng )性工作偏少，最基礎的自主知識產(chǎn)權不多?？上驳氖?，技術(shù)層面上，中國在穩定性方案、量子路由器、單光子探測器以及零差式檢測器等方面取得了突破，擁有了自己的知識產(chǎn)權。[
