美国能源部：面向能源领域的光子技术安全应用

E安全8月20日讯 时至今日，数据加密已经成为企业与政府机关当中极为重要的安全保障手段。 然而，单纯加密是否足以让我们高枕无忧？

美国能源部的橡树岭国家实验室（简称ORNL）设计了一项采用物理学成果的网络安全协议，旨在更快更安全地实现加密数据共享与保护。ORNL方面已经将该项技术以非专利方式授权给位于圣迭哥的Qubitekk公司——这是一家专门开发量子加密解决方案，从而保护机器到机器通信内容的企业。

研究人员希望利用量子光粒子（即光子）技术帮助美国联邦政府IT专业人员以及私营部门内的IT安全专家更好地保护能源部内的各关键网络基础设施。

如何驾驭光子技术

目前的加密技术采用数学算法，旨在确保只有掌握加密密钥的接收者方可对经过编码的信息进行解码。然而在一份声明当中，ORNL方面指出能源环境下的网络安全威胁在频率、规模以及复杂程度等方面皆出现了显著增长。

量子科学研究人员们发现，光子具有多种性质，因此可借以实现量子计算或者敏感信息保护。然而根据ORNL方面的声明，系统在发射单一光子时往往存在巨大的随机性，且很难提供实际应用所必需的确定性。ORNL研究人员们采用了一种名为“下转换”的方法，其能够一次产生两个光子而非一个。如此一来，即可通过检测一个光子来表明另一个光子的存在。

ORNL计算科学与工程技术部门的沃伦·格里斯（Warren Grice）在声明当中解释称，“在此之后，我们利用高速与低损耗运算组合来引导其中的预兆光子，从而确保其在必要时能够正确显示。”

目前的Qubitekk原型设计将利用ORNl技术实现加密增强。

为了防止光子对丢失，该团队在多路复用概念基础之上建立起新的解决方案。该方法采用一系列光源系统，其中包括光纤当中的常见组件。ORNL系统能够预测光子的速度与频率，从而确保研究人员得以尽可能减少潜在的单一光子丢失机率。

此项技术的联合发明人尼古拉斯·彼得斯（Nicholas Peters）指出，“我们的目标在于对光子量子态的各个方面作出指定与控制，将所有内容限制在单一模式之内，从而确保来自单一光子源射出的光子皆完全相同——每一个光子皆应与下一个光子保持一致。”

面向能源领域的光子技术安全应用

这将给网络安全带来哪些影响？恒等光子对可用于开发量子密钥加密技术，以确保在现有机器到机器网络上进行信息共享时，保护其免受恶意网络行为的威胁。

这项技术允许网络用户控制电网运营以实时检测敌对方的存在，包括其对于能源部门用于保护自身信息的加密算法内的秘密交换密钥的拦截企图。此基技术亦有望提升能源部门在应对网络攻击活动时的弹性表现。

Qubitekk公司已经开发出基于单光子源概念的量子加密设备，其亦希望通过进一步开发ORNL新方法以强化此项技术方案。

Qubitekk公司总裁兼CTO邓肯·厄尔（Duncan Earl）在一份声明当中指出，“这种近似于按需型单光子源设计思路可用于提升加密信息传输过程中的速度或者说数据传输速率，以及量子密钥可进行发送的具体距离。ORNL技术能够同时解决这两大难题，这可能会帮助我们的产品在商业化层面迎来显著发展。”

厄尔为前ORNL研究员，而且曾经效力于该实验室的网络战小组与量子信息科学小组。

Qubitekk公司计划将其现有技术同ORNL成果加以整合，从而将量子加密数据速率提升十倍，或者在更长的传输距离情况下保持当前数据传输速率。

厄尔希望Qubitekk公司能够进一步改进单光子源设计方案，并计划与公司现有客户（包括加利福尼亚州各公共事业单位）进行现场测试。ORNL方面则将根据需要提供额外技术支持。

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