谈量子通信前,先看看经典保密通信安全性几何?( 二 )


什么是通信?
有了信息的概念, 那通信顾名思义就是传递信息了 。 B君已知了沙漠中的花而A君不知道, 那么B告诉A这一信息, A就获得了这一信息 。 这个过程, B将一定的信息传递给了A 。 通信在生命活动中是如此常见, 以至于它几乎就是生命的终极奥义 。 生命最核心的部分:基因, 就是这样通过生命形式一代代传递下去 。 动物、植物, 他们通过发出声音、分泌激素、做出姿势、发光、变色……各种手段, 穷尽所能, 相互之间传递信息, 代代蕃息 。 可以说, 生命, 就是一股巨大的信息流 。
人的出现, 给了通信更多的含义 。 智人的进化让他们可以用更为复杂的发音和手势来交换更复杂的信息, 这种复杂的通信系统——语言, 是人类进化史上最伟大的发明之一 。 有了语言, 智人之间可以进行更高级、更大规模的合作, 从而彻底击败那些身体素质远胜的尼安德特人 。 智人进一步进化, 又发明了文字 。 文字不仅能表达更为抽象的信息, 还能记录在介质上, 可以传递更远的距离, 可以传承得更久远 。 换句话说, 文字使得信息作用的时空范围大大增加了 。 今天的我们能够了解到几千年前的古人是如何生活的, 不就是依靠那些古老的文字记载吗?
随着社会活动的增加, 文化的进步, 人类又进一步发明了印刷术, 大大增加了知识的传播速度和范围 。 直到今天, 文字和印刷为基础的书籍报刊, 仍然是人们交换信息和知识的重要媒介 。
到了近代, 人类发现了电和磁, 并发现了其传递信息的能力, 从此打开了一个全新的时代 。 从电报到电话, 到互联网, 先民们几代人交换的信息量, 曾不如今日的一刹那 。
以上对人类的通信发展史做了一个极简的回顾 。 下面我们来看看通信的几个要素 。 第一, 通信一定要有施和受两方, 这是显而易见的 。 现代保密通信中我们往往用Alice和Bob来表示, 与上文中的A君和B君是一个意思 。 第二, 通信一定要有对应的“语言” 。 这里的语言是广义的, 不同的通信双方会采用不同的语言, 猴子会发出不同的叫声, 蚂蚁会释放信息素, 熊猫会用尿尿……我们人, 当然就是用字面意思的语言, 即便这样, 不同民族的语言也是千差万别的 。 文字则是语言的一种映射关系, 有时候甚至是语言的进一步抽象 。 第三, 通信一定要有媒介 。 比如说说话, 用的媒介是声音;手势, 用的媒介是光 。 如果没有光, 即便对方近在咫尺, 任我如何比划, 对方也是无法获得信息的 。 第四, 通信还要有畅通的信道 。 比如我发出了声音, 由于空气的存在, 这个声音可以传到不远处另一个人的耳朵, 引起耳膜振动 。 我做出手势, 由于光的反射, 远处的其他人可以看见这个视觉图像 。 最后一点, 存储, 这个未必是通信所必要的, 但是可以极大地提高信息传播的时空有效性 。
什么是保密通信?
当我们希望接受信息的对象在限定范围内时, 我们就需要考虑采用保密手段 。 保密通信的发展, 其实与通信的发展是相终始的 。 事实上, 任何通信都是具有保密性的 。 举例来说, 我在广场上说了一句话, 周围的人或许能听到, 但远在千里之外的曼哈顿大街上行走的行人一定是不知道的 。 我用中文说一句“我爱你”, 完全不懂中文的爪哇人一定是一头雾水 。 因此, 所谓的保密通信, 主要还是指如何屏蔽掉“有可能接收到这个信息, 但我不希望对方接受到”的受信群体 。 在保密通信中我们往往用自带邪恶属性的“Eve”来表示 。
有了上面总结的通信几大要素之后, 如何做好保密通信就有方法可循了 。 只要切断任一要素, 就可以让Eve无法获取信息 。 第一要素, 施信和受信对象, 那就把Eve排除在受信方以外就得了 。 假如我们知道Eve现在在非洲度假, 那我们就可以敞开门聊天了 。 第二要素——语言, 我们找一种Eve完全听不懂的语言聊天, 他一定摸不着头脑 。 第三, 媒介, 用一种Eve无法感知而Bob能够感知的方法通信就可以了 。 很显然我们完全不能明白两只蚂蚁触须碰碰交换的是什么信息 。 第四, 信道, 如果Alice和Bob在一个隔绝声音的房间里聊天, Eve又怎么能听见呢?

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