BOB:史上最强最烧脑的反窃听密码学：量子秘钥分发

波尔说过，如果有人在第一次听到量子理论的时候，没有感到恼火，说明他根本没有听明白。

这句话说明了和量子有关的一切都变得复杂、反常识、反直觉，也就是不好理解。

下面的电影图片只是增加一些课堂前的放松，下面的内容依然非常烧脑，请不要因为娱乐而失去了严肃性。希望我们团结紧张，希望气氛严肃活泼。

电影中总是出现窃听的情节，正派反派都在用，只是电影中的密码学比较简单，也就是高性能军用的窃听器而已，而反侦察一般是怀疑后，拿着探测器去找，这是非常弱鸡的做法，如何反窃听？最好的反窃听就是，一旦有人窃听，我立即知道有人窃听了。下面我们讲的就是这样一个方法，而且是目前人类最高端的玩儿法：量子通讯。

因Curve事件引发抢跑，今日产生以太坊史上最大MEV奖励区块:金色财经报道，以太坊核心开发者、EIP-1559联合作者eric.eth在社交媒体上称，今天产生了以太坊历史上一些最大的MEV奖励区块。其中，Slot 6,992,273: 获得584枚ETH奖励；Slot 6,993,342: 获得345枚ETH奖励；Slot 6,992,050: 获得247枚ETH奖励；Slot 6,993,346: 获得51ETH奖励。

eric.eth称， curve发生黑客攻击/漏洞利用。一个机器人注意到内存池中有黑客入侵，复制了tx并在前面运行。为此，他们向区块生产者支付大量ETH，以实现抢跑。[2023/7/31 16:08:28]

前面的文章讲了很多很多的加密，但是有一个问题没有解决，就是通信问题，钥匙复杂到让别人很难破解是一回儿事儿，比如恩尼格玛机加密；整体的安全性是另外一回事儿，比如这个加密的钥匙被别人知道了，这个人是接收者以外的人。

回顾密码学的基本原理

A想传输一个词给B，于是她想到了之前文章学到的移位替换加密法，比如这个单词是btc，“字母加一”就是cud，没有什么含义或者说真实的含义不是原文的含义。

Btc这个词就是原文或者明文，而实际输出的文字就是密文。秘钥是什么呢？字母加一，对于收到信息的Bob就知道了这个秘钥，于是他对cud每个字母减一，就得到了原文BTC，这样的话就是解密了。

传输的东西叫做钥匙，这个秘钥理论上是存在可以破解的可能的，即使是现在破解不了的钥匙，如果钥匙被人窃听了，也是会直接破解。

迈克尔·塞勒可能是历史上最糟糕的投资者:7月1日消息，迈克尔·塞勒在互联网泡沫破灭时成为举世瞩目的赔钱冠军，单日亏损高达60亿美元。20年后的他把所有现金都转换为加密货币，随着比特币近期的暴跌，他的公司MicroStrategy损失了高达10亿美元的投资，而Saylor的净资产据报道跌至5亿美元左右。2022年4月，福布斯估计Saylor的净资产为16亿美元（现在已跌至5亿）。对于一位科技高管来说，这听起来相当令人印象深刻，但在90年代互联网繁荣时期，他的净资产达到了惊人的70亿美元。Saylor用他的经历向人们诠释什么叫凭本事赚的钱再凭本事赔掉。（金十）[2022/7/1 1:43:31]

所以密码学有两块内容：秘钥和传递秘钥。这两个都安全，才是真正的安全。

?如果有一种措施，只要别人窃听了你的秘钥，在窃听后，钥匙就变了，那这个传输就会非常安全。

量子通讯

这是一个非常复杂的问题，我们今天只是讲述下量子通讯中的量子秘钥分发机制，不涉及量子纠缠以及量子计算。这种机制最早的是BB84协议，是量子密码学中第一个密钥分发协议，由Bennett和Brassard在1984年提出，也是使用和实验最多的量子密钥分发方案之一。

这种协议要实现有两个通道，经典通道和量子通道。经典通道是保证收发信息双发的信息交流的，比如email、电话等等都可以，在本文的语境下，经典通道被窃听也没太大关系；量子通道，顾名思义，就是传递量子态的。

下面的内容就是关于量子秘钥分发的两种解释方法，之所以写两种解释的模型，你一定可以通过其中一种解释或者结合两种模型，理解量子秘钥分发这个神奇的东西。

声音 | 投资者：上一次BTC市值占比超过70%后，史上最大的山寨币季节开始了:加密投资者通过推特账号Bitcoin Birch发推称，BTC市值占比即将突破70%，上一次出现这样的情况是在2017年3月，就在它掉下悬崖和历史上最大的山寨币季节开始之前。 有推特用户表示，只有当BTC达到新的历史最高点（ATH）时，才会出现山寨币季节。另一个人怀疑比特币的市场主导地位是否能被视为一个即将到来的山寨币季节的迹象。尽管如此，仍有一些人表示乐观，认为牛市可能真的即将到来。然而，比特币的市场主导地位与大型山寨币季节的盛行之间的关系是否属实还有待确定。（Zycrypto）[2019/9/2]

第一种解释的简化模型

测不准原理的简化阐述

比如，光子有圆形偏振状态和线性偏振状态，左旋、右旋、上下、左右。

诡异的事情来了，测量的过程会影响对光子偏振状态的测定。

比如有个棚子里，我去观测一下，为了更加逼真地类比，正常人类是一下子看到这是一头白牛，这样，我们透过牛棚墙上的孔去看，一次只能看到一小片区域，比如先看到了是白色的，然后移动下视角，看到是个牛角。然后就是一头白色的牛。

声音 | 分析师Willy Woo：BTC将继续推动历史上最大的牛市之一:数字货币分析师Willy Woo发推文称，在CryptoTwitter部队爆发之前，数据多数都是悲观的，我们必须在中期内保持现实。然而，从长期来看，比特币采用曲线将继续推动历史上最大的牛市之一。[2018/10/29]

无论我去先看颜色还是先看头上的角，得到的最后结论就是白色的牛。不会是黑色的羊、白色的羊、黑色的牛这三种情况。但是，量子的世界里，不是这么回事儿。你看到的可能是一头奶牛——这是开玩笑，你看到的可能是一头白羊、黑牛等等，因为两者之间的关系是随机的。

量子里面测量的结果是和测量过程有关系的。在没有观测之前是纠缠态。不清楚到底是什么状态，测量完了也不知道测量前是什么状态。

比如你测量的是一个光子，光子的状态简化一下是：圆偏振和线偏振。你先观测圆偏振，再测量线偏振，你得到的是一个左旋水平偏振光。如同上文观测的先看颜色后看物种，你得到的就是白牛。

但是，如果你先看线性偏振后观测圆形偏振的话，你得到的可能是各种状态，是随机的。类比宏观现象就是，你先看物种，后看颜色，不一定是白牛，得到的可能是黑牛、白羊、黑羊。

这个就比较诡异。而且测量完之后，光子的状态就变了，测量之前是纠缠态，类似薛定谔的猫咪，不知道死没死，测量完，变化了。类似棚子里一头白牛，你看完后变成了黑羊。

观测顺序影响观测结果。

玉红：EOS是史上最大的空气币与币:2018年5月28日三点钟社群创始发起人玉红在贵州国家数博会论坛上，表示：今年唯一确定有价值的是比特币，EOS最大的币。EOS21个超级节点的是非常的设计，但参与方必须身价一个亿才能参与进来。很多人说EOS厉害，通过三个月的学习，我觉得没有供应链的都是耍流氓。[2018/5/28]

好了，理论解释完毕，现在让Alice给Bob再发一次信息。只需要保证秘钥给Bob很安全，密文就可以公开发给Bob，

Alice发射一些光子给Bob，比如说是六个光子。她去测量一下如A图。

这个时候Bob也收到了光子，他也测量一下，按照自己的方法，如B图。

当然，你把上文中的类型改成黑白和牛羊的类比也是一样的。

然后Alice给Bob去个电话说一声，说你的1、5和6的测量方法是一样的。

那么，1、5和6的结果应该是一样的。别的策略方法不同就不要了。

不同的状态在计算机面前都可以简单的记录为1和0，比如规定左旋是1，右旋是0，竖直是1，水平是0.?这个时候上图的秘钥就是111.?这个光子数多一些，这样可以得到一组随机数，然后这个就是秘钥了。有可能出来是101010000010100010这样的数字串。

这个时候，出现了窃听者名C，叫Caocao吧，这个时候，他“窃听”了光子1，他也是测量圆偏振，发现是左旋，这时候，Bob收到光子1，他测量也是圆偏振，结果不变。Bob不会发现这件事儿。

但是呢caocao不知道a和b是怎么测量的，caocao去用线偏振去测量光子1，这时候得到的结果是水平，这时候Bob收到了光子，然后他测量的圆偏振状态就不一定是左旋了，因为根据上文说的，测量过程会影响测量结果，这时候他的结果就和Alice不一样了，然后就知道他有窃听者了。Caocao窃听的时候不可能每一次都猜对，这样的数字串达到一定的长度后，只要出现窃听者，A和B经过一些比对，就会知道自己的信息被窃听了，不用这个钥匙了，换一组密码。

第二种解释的简化模型：

BB84协议还有一种更通用的经典的解释。

四种不同偏振态的光子，0度，90度，45度，135，如上图所示。

1，??Alice可以随机选择偏振片，+形或者x形偏振片随机生成偏振态；

2，??选定偏振方向的光子通过量子通道发给B；

3，??Bob这时候也随机选用+形或者x形偏振片去测量光子的偏振方向；

4，??B将测量结果保密，同时，将他使用的偏振片通过经典通道告诉Alice；

5，??A对比和B使用的偏振片，然后经典通道告诉B那些和她一样，那些不一样；

6，??B抛弃和A使用的不同的偏振片的结果，保留和A一样的偏振片的结果，统计学上显示应该是扔掉一半的结果。

随机排布偏振片，和A比对后，钥匙才形成，加密过程才开始。规定好什么状态对应0什么状态对应1就可以很简单的对应成由0和1组成的钥匙。

简单来说，就是量子秘钥的制备过程就是利用光子的偏振性。这很安全吗？是的，这个时候，C出现了他要窃听，拦截光子后，开始用偏振片测量，这时候他的错误率也是50%，测量完之后，发给B，B也不知道，然后通过窃听经典通道的信息去知道怎么去排出来正确的偏振片，但是也不对，因为他测量光子的时候光子已经变化了，俩人只要核对测量结果，就会发现B是解不了密的，那么这就说明这个通路已经被人窃听了。

当然，你要问C在窃听光子后，可以不测量，而是生成一个一模一样的光子，然后把原来的光子发给C，这样不就可以了吗？这样也不会让量子态变化？但是，也不可能，因为量子，还有另外一个特性就是不可克隆性，根本无法生成另外一个一模一样的光子。

说得更饶一些，其实，量子秘钥的传输和生成是同时发生的。

因为B接受到光子后，经典通道告诉A，他用的是怎样的测量方式的时候，A才会用和B一样顺序的偏振片去加密信息。B收到光子没有测量的时候，其实秘钥还没有产生呢。

以上都是量子秘钥分发的基本方式之一。量子加密是目前世界上最高端的加密方法，有应用但是还没有大规模应用。注意，上面所讲的只是量子加密中的秘钥分发原理，并不是钥匙本身的加密。最近量子计算、量子加密等等词汇变得常见，这个概念也走入了人们视野。

量子计算到底怎么样？是不是可以破解我们的比特币私钥，是不是我的加密资产已经不安全了？

先不要着急，着急也是交易所先着急，这么说吧，如果现在有人能够使用量子算力加密解密的话，人家根本看不到你钱包里那几万个比特币，直接攻击全球金融系统就好了。

量子计算更加复杂，下一篇文章会说一说，最近这个甚嚣尘上的概念。

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