10、单量子比特的应用：从经典密码学到量子技术

单量子比特的应用：从经典密码学到量子技术

1. 经典密码学

密码学旨在让两个授权方在交换信息时，防止未经授权的第三方获取信息。这一概念自古就有，如今在商业和公共机构的数据保护中仍广泛应用。随机选取的二进制字符串或数字被用作密钥，为加密、认证和共享等密码协议提供安全保障。

1.1 密钥类型

密钥主要分为两类：
- 对称密钥 ：由一个密钥或一对可轻松相互推导的密钥组成，只有通信双方知晓。通信各方都需妥善保管密钥。
- 公钥 - 私钥对 ：包含一个公开的公钥和一个由所有者保管的私钥。

1.2 对称密钥加密方案

在对称密钥加密方案中，发送方 Bob 在发送秘密信息前，会将明文与密钥结合，通过加密算法生成密文。接收方 Alice 使用相同的密钥和解密算法将密文还原为明文。由于只有知道密钥才能解读密文，所以窃听者 Eve 无法获取秘密信息。

1.3 公钥 - 私钥对加密方案

在公钥 - 私钥对加密方案中，Bob 使用 Alice 的公钥对消息进行加密，Alice 则使用自己的私钥进行解密，以此保证信息的机密性。

1.4 密钥生成与保护

为防止 Eve 推断出密钥，Alice 和 Bob 需生成真正随机的密钥。同时，要确保 Eve 无法在信息交换过程中拦截秘密。此外，还会使用“单向”函数（如 RSA 公钥系统），这类函数正向计算容易，但逆向计算困难。

2. 量子密钥分发

量子密钥分发协议是量子信息处理的早期应用之一，利用量