量子信息技术对国家安全的影响与挑战

量子信息技术对国家安全的影响与挑战

进入数字时代后,人类的生产生活对信息通信技术的依赖达到前所未有的高度,并由此产生了海量的工业和个人数据,进而导致数据分析的算法也更趋复杂。加之,用于科学技术研究和商业分析的算法对精度、效率的要求断提高,当前的算力资源已经疲于应付各类大数据运算的需求,甚至对大数据技术发展也造成掣肘。而量子计算可以通过传统计算机无法达到的量子超并行计算能力来对算法进行加速,进而满足当前海量数据下的各种算力需求 。此外,量子通信技术可实现物理上安全的比特信息交换,而交换之后得到的比特串可以作为分组密码算法或者“一次一密”算法的密钥来进行保密通信,由此也带来了信息安全技术的新变革,为信息安全增加新的内涵,形成新量子技术时代下的信息安全技术。

基于量子信息技术在提升算力和加密通信 领域的颠覆性影响,包括量子信息技术在内的 新一代计算机和通信技术已经成为关乎国家间 技术竞争、经济发展和政治博弈等多个领域的关键要素。尤其是对于国家安全来说,量子信息技术在算力和加密通信上的颠覆性作用将改变当前全球主要科技大国的安全认知和战略部署,成为各国争相投入的重要战略领域。为此,本文试图以量子信息技术本身的特点和作用为 出发点,解析该技术对新时代国家安全的影响和挑战。ISO20000认证

2.1 量子信息技术的颠覆性影响

量子力学是研究微观尺度粒子运动规律的 物理理论,量子信息技术即根植于传统的量子 力学理论。在量子力学原理的基础上诞生了半导体物理理论,并由此制造出了晶体管和集成电路。在 50 多年的发展后,集成电路中晶体管 的数量临近摩尔定律的极限,当前工艺下的半 导体器件将由于散热和漏电等问题无法正常工 作。然而,量子科技将使计算机的计算能力 得到大幅提高,通信速率、安全程度也将得到 颠覆性的改进。可以说,量子信息技术是未来 信息通信技术(ICT)发展的支柱,量子信息技 术的发展已经成为新时代技术竞争的前沿和焦 点。随着量子信息技术的颠覆性影响逐渐被认识,世界各国开始高度重视量子信息技术的研 发与实际运用,使得量子信息技术的商业化、实用化程度越来越高。同时,量子信息技术也 在一定程度上改变了国家竞争力的构成,尤其 是该技术为信息安全领域带来的巨大突破,使 其成为国家安全的颠覆性影响因素。总体来说,量子信息技术带来的颠覆性影响有以下两方面。

第一,计算机算力的跨越式发展使得加密 算法面临致命挑战。量子计算以量子比特为基 本单元,通过量子态的受控演化实现数据的存 储计算,使其信息携带和并行处理能力远超当 前的经典计算。在此前提下,一旦通用型量子 计算机可处理的量子比特数目达到一定规模,量子“Shor”算法将轻而易举地攻破现有的公钥 密码体制,互联网上进行的通信和交易活动的 安全防护将形同虚设,信息安全将面临致命威 胁。当今世界已经严重依赖密码学来保护数据 和关键基础设施的安全,而在量子计算机变得越来越普遍的时代,如果没有量子计算机的并 行开发和采用,当今设计和部署的数字平台可 能会被攻破。尽管量子计算的技术现状表明,量子计算不存在完全永久的安全隐患,但问题在于,量子计算机将轻松破解通过现行加密方 法进行保护的机密信息,这对国家情报安全来说是一个巨大隐患,对国家安全和战略竞争的关键领域来说也具有颠覆性的影响 。然而,这种基本的量子安全算法只是一个开始,围绕 量子信息技术的一系列行业安全标准和协议需 要针对这些新算法进行更新,并且量子计算的进步需要与量子安全密码学的进步同步,以确 保数据现在免受未来威胁。

第二,量子通信的超高安全性对于信息安 全的革命性影响。基于量子力学原理的量子通信 技术是利用微观粒子的量子叠加态或量子纠缠效应等进行信息或密钥传输的技术,该技术可以 更高效地保证信息或密钥传输的安全性。当前,量子通信主要分为量子隐形传态和量子密钥分 发两类。量子密钥分发技术源自本内特(Charles H. Bennett)和巴萨德(Gilles Brassard)于 1984 年提出的 BB84 协议,这个协议利用量子比特的 不可克隆性质达到安全的比特信息传输。根据 量子力学原理,对量子比特进行的任何干涉,包括窃取和观测都将使这个量子比特塌缩为经 典比特,原来的量子比特将彻底消失,由此确 保了传输过程中的信息安全。量子隐形传态则 是利用“量子纠缠”的特性,在不传递量子比 特本身的情况下在另一地点将该量子状态恢复 出来,类似于“远距传送”(Teleportation)。因为没有直接传输量子比特的物理载体本身,故此这一技术也称为“隐形传态”。在量子通 信技术的安全性驱使下,信息安全技术发展与 量子通信技术的结合愈加紧密,未来或形成量子信息安全技术。与此同时,信息安全、国家安全等议题也难以避免地随着量子信息技术的嵌入而重新定义。ISO20000认证

综上所述,量子信息技术在算力和加密通 信领域的颠覆性影响就像“矛”和“盾”,  一 方面突破了传统加密算法的桎梏,另一方面筑 起了信息安全的坚固屏障,这二者都是信息安全乃至国家安全中不可忽视的变量。正因为此,量子信息技术成为各国技术研发和战略投入的 重要领域,更成为信息安全和国家安全绕不开 的技术话题。

2.2 量子信息技术对国家安全的挑战

量子信息技术凭借其对国家安全领域的一 些潜在颠覆性影响,成为全球主要大国争相投 入的重要技术领域。而究其原因,量子信息技 术的“矛”和“盾”,及其多场景的应用前景 是促使其与国家安全议题紧紧捆绑的决定性因 素。具体来说,量子信息技术带来的挑战主要有以下三方面。

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首先,量子信息技术对国际政治中的安全议题带来新的变量。信息安全是国家安全最基本的要素之一,无论是军事计划、先进技术信息、外交电报、个人数据还是公司数据,与国家和商业安全相关的关键细节都嵌入在通过公共和  私有网络进行共享的数据中 。而量子信息技术的发展将打破信息安全的传统范式, 一方面,量子计算使得加密算法变得效率低下,信息安全将受到巨大挑战;另一方面,量子通信的安全性又将更好地保护信息通信安全。正因为此,美国、中国、俄罗斯、英国等国家和全球各地的商业公司不断加大对量子信息技术及其相关应用研究的投入,而该项技术对国防、通信、情报等传统国家安全议题将带来质的改变,不仅突破了传统国家安全范式的框架,还将进一 步造成国际安全架构中非对称优势的发展。

其次,量子信息技术成为中美战略竞争的焦点之一。在特朗普政府时期,量子信息技术、人工智能和第五代通信技术就是特朗普政府和美国战略界高度关注的新兴技术领域,其中处于起步阶段的量子信息技术因为关乎美国在未来科技、经济和国家安全领域的优势地位,成为美国志在必得的“科技高地”。与此同时,中国在   量子信息科技领域突破了一系列重要科学问题和关键核心技术,产出了一批具有重要国际影响力的成果,并已初步满足实用化要求 。中国在量子信息技术领域的追赶脚步令美国政界对未来的国家安全和信息安全感到担忧,并由此加大了在量子信息技术领域的投入。在中美战略竞争的时代背景下,量子信息技术成为美国科技政策、安全政策、经济政策、外交政策的重要组成,亦是影响中美两国在网络安全、情报安全、经济安全、技术安全领域博弈的关键因素。

最后,量子信息技术及其产业链将成为国家安全的新内容。量子信息技术因其在信息安 全领域的“矛盾”特性,成为国家间科技竞争和安全博弈的重要助力。同时,量子信息技术在算力和高精度定位等领域的颠覆性影响使其成为信息通信技术产业链中不可忽视的一环。因此,加快在量子通信等前沿领域的新兴产业链布局,已经成为我国维护国家安全和提升产业核心竞争力的首要任务。与此同时,以美国为首的西方国家正试图打造由所谓“民主国家”构成的量子信息技术产业链,并确保美国在该技术领域的领导地位。由此,量子信息技术及 其产业链将成为事关国家安全和国际关系的重要议题,而量子信息技术及其产业链的成熟度 将成为衡量一国科技实力的重要指标,并成为 新时代总体国家安全观的又一延伸领域。

 


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