量子互联网是21世纪最受期待的技术之一。它承诺通过物理定律保证完美安全的通信。它应该有助于启动一系列即将普及应用的量子技术：量子计算、量子计量学和量子成像，这只是其中几个例子。
但量子蜜罐里有一只苍蝇。虽然量子网络通过利用量子力学的奇特定律提供了各种好处，但这些定律也导致了弱点。这就提出了一个有趣的问题：恶意行为者将如何利用新一代量子黑客技术来利用这些弱点。
今天，多亏了东京庆应义塾大学的 Takahiko Satoh 和一些同事的工作，我们得以了解未来会发生什么。这个团队研究了量子网络技术，并发现了经典网络所不具备的几个漏洞。他们的研究表明，这些网络将需要以新的方式来抵御量子攻击。
量子纠缠
首先，一些背景知识。量子力学最奇特的一点是，它允许两个或多个物体共享相同的存在，无论它们之间的距离如何。这种特性被称为纠缠，结果证明它非常有用。它是量子密码学、隐形传态、量子计算等技术的基础。
纠缠非常有用，以至于它本身将成为一种资源，就像数据、电力或水一样。量子互联网的主要目的是以纠缠粒子的形式分发和利用这种资源。
然而，有一个问题。纠缠相对容易产生——世界各地的量子光学实验室或多或少都可以按需生产。但它很脆弱，难以存储，也很难传输。
这就是为什么量子网络如此难以构建。几乎任何外部干扰都会破坏纠缠。打个喷嚏，你就会失去它。
因此，创建量子网络的许多实际工作都涉及在长距离传输过程中净化、存储和增强纠缠。
完善这项技术将允许通过量子密码学实现完美安全的通信。这是可能的，因为总能检测到窃听者何时试图窃取量子信息，因此这种攻击很容易处理。“我们对量子网络在保密性方面的承诺感到放心，”Satoh 和同事说。
然而，网络性能的其他方面——网络完整性和可用性——在量子攻击下表现不佳。Satoh 及其公司指出，如果黑客将自己的纠缠注入网络，他们可以使用它劫持量子连接和量子资源，或扰乱通信。这可以降低甚至破坏网络的完整性和可用性。
网络中断
这种攻击不必是量子性质的。量子特性，如纠缠，非常脆弱，可以用容易产生的强大外部电磁场破坏。
更重要的是，纠缠的性质，它延伸到整个网络，可能使中断远远超出立即受损的网络部分。
另一个问题 arises，因为量子信息无法复制——这是量子不可克隆定理的结果。这保护了量子信息免受黑客攻击。
但它也确保了信息一旦被破坏就会完全丢失，因为发送者也无法制作副本。这给量子网络带来了全新的威胁，来自破坏量子信息或阻止其接收的攻击。
有一个潜在的解决方案，即将信息编码在成对的纠缠粒子中，并保留其中一半。如果传输的粒子发生任何事情，发送者可以确保共享量子比特的完整性。
量子网络也将像普通网络一样容易受到经典攻击。那是因为它们将与控制量子设备并提供数据输入和输出接口的经典技术层链接。当然，这些将以与传统网络相同的所有方式容易受到攻击。
恶意行为者也可能学会将量子和经典力学结合起来进行攻击。“结合量子和经典部分的混合攻击也可能成为一个重要话题，”Satoh 和同事说。
这是一项有趣的工作，评估了未来量子网络的潜在威胁。下一个阶段将是开发缓解策略，以最大程度地减少量子攻击可能造成的破坏。当然，黑客会找到方法来超越这些计划。这是一场攻击与防御的猫鼠游戏，贯穿了整个历史。现在，Satoh 和同事们正坚定地追寻着线索。
参考文献： 攻击量子互联网 arxiv.org/abs/2005.04617
