1707631107
霍金的派对：从科学天地到数码时代 [:1707629809]
1707631108
霍金的派对：从科学天地到数码时代 网络战——没有硝烟的战争(1)
1707631109
1707631110
1707631111
1707631112
1707631113
我们这个时代被称为信息时代已经很多年了，如果要从中挑出一个最具时代性的特征，我想一定非互联网莫属。这个几乎无边无际的网络在带给人们信息与便利的同时，也逐渐成为了兵家的必争之地。
1707631114
1707631115
2011年10月，《纽约时报》（The New York Times）等美国媒体披露了一则消息：在北约（NATO）对利比亚局势进行军事干预之前，美国高层曾为是否针对利比亚防空系统发动网络战（cyber warfare）进行过慎重讨论，讨论的结果否决了网络战，理由是怕给其他国家树立一个不良示范。
1707631116
1707631117
其实，这一理由恐怕是高估了美国在这一领域的示范作用。因为事实上，根本无需美国的示范，网络战就已得到了广泛的重视。根据著名网络安全公司迈克菲（McAfee）的一份年度报告，截至2007年就已约有120个国家在一定程度上发展了网络战技术。这些国家中的某几个甚至有可能已在一定程度上实施过了网络战。
1707631118
1707631119
比如2007年，前苏联加盟共和国之一的爱沙尼亚（Estonia）因拆除一座苏军“二战”纪念碑，而遭到了来自俄罗斯的大规模网络攻击；一年后，也是在前苏联留下的烂摊子上，发生了所谓的南奥塞梯战争（South Ossetiawar），在那次战争中，参战各方（南奥塞梯、格鲁吉亚、俄罗斯等）均遭到了来自敌方的网络攻击。世界其他热点地区也晃动着网络战的幽灵：比如2010年9月，伊朗的核设施遭到了疑似来自美国或以色列的计算机蠕虫（worm）攻击；2010年底，印度和巴基斯坦这对宿敌的若干政府网站分别遭到了来自对方的网络攻击；2012年初，以色列的若干重要网站遭到了分布式拒绝服务攻击（DDoS）。
1707631120
1707631121
而美国高层虽一度否决了网络战的实施，对网络战的研究却未有丝毫的轻忽。2009年，美国总统奥巴马（Barack Obama）将美国的信息基础设施列为了“国家战略资产”；2010年，美国军方设立了美国网络司令部（United States Cyber Command），并将造成大量平民损失的网络攻击界定为战争行为，为实施反击作了概念准备。2011年11月，美国国防部下属的研究机构首次公开承认正在研发进攻型网络战技术。2011年底通过的美国国防预算则正式为实施先发制人的网络战开启了绿灯。
1707631122
1707631123
网络战作为继陆、海、空、及外层空间之后新出现的战争维度，它的一个令人瞩目的特点是模糊了大国与小国、强国与弱国，乃至国家与个人的区分。在网络战中，一名优秀的黑客完全可以对一个大国发动“一个人的战斗”。网络战的这一特点使责任认定变得非常困难，比如前面所举的网络战例子就大都找不到确切的攻击者。不过，这一模糊特点有时倒也为大国博弈提供了回旋余地。拿2007年遭到网络攻击的爱沙尼亚来说，由于它是北约成员国，按照条约，整个北约都有义务为它出头。但结果却是：“嫌犯”俄罗斯宣称那是个人行为，“法官”北约的调查不了了之，这除了责任认定确实不太容易外，是否也是因为北约无意为爱沙尼亚这个小喽啰而与俄罗斯发生冲突，从而大事化小、小事化了，恐怕只有天知道了。也许正是为了便于在必要时和稀泥或赖账，多数国家对自己的网络战方略避讳莫深。网络战的这个类似于即时策略型电脑游戏中的“战争迷雾”（fog of war）的模糊特点，被一些人戏称为“网络战迷雾”（fog of cyberwar）。
1707631124
1707631125
除受到军方的重视外，网络战还因一些出版物的渲染而受到了公众的关注。比如2010年，前白宫安全助理克拉克（Richard Clarke）撰写的一本名为《网络战》（Cyber War）的书就引起了很大的公众关注。遗憾的是，那本书写得很不严谨，不仅加油添醋，而且还用阴谋论手法，把发生在2003年的北美大停电及2007年的巴西大停电这两次已被证实为与网络攻击无关的事件都归因于网络攻击。
1707631126
1707631127
不过，尽管军方的避讳与出版物的渲染都有碍于人们了解网络战的真相，网络战的潜力与可能性的增加恐怕是无法否认的趋势。随着珍视所有人的生命越来越成为人类共识，也许有朝一日战争会向网络战这种没有硝烟的形式转变。如果能用网络战达到攻击敌方的目的，何必背负杀伤人命的道德责任而进行血与火的传统战争呢？但另一方面，未来的网络有可能通过植入人体的芯片而延伸到人类自身，那时候，也许网络战又将重新具备杀伤人命的能力。
1707631128
1707631129
(1) 本文发表于《科学画报》2012年第4期（上海科学技术出版社出版）。
1707631130
1707631131
1707631132
1707631133
1707631134
霍金的派对：从科学天地到数码时代 [:1707629810]
1707631135
霍金的派对：从科学天地到数码时代 薛定谔的货币(1)
1707631136
1707631137
1707631138
1707631139
1707631140
喜欢量子力学科普的朋友或许都听说过“薛定谔的猫”（Schrödinger’s cat），那是量子力学创始人之一、奥地利物理学家薛定谔（Erwin Schrödinger）提出的一个将量子世界的某些奇异特点放大到宏观世界的理想实验。2010年4月，英国《新科学家》（New Scientist）杂志的顾问编辑马林斯（Justin Mullins）为自己的一篇有关量子货币（quantum money）的文章拟了一个与“薛定谔的猫”很谐音的标题，叫做《薛定谔的现金》（Schrödinger’s Cash），可惜在发表时未被采用。本文有心继承那个聪明而有趣的标题，不过考虑到它所具有的谐音在译成中文后已不复存在，而本文所要介绍的是量子货币，因此将它改为“薛定谔的货币”（可惜这一标题在本文发表于杂志时也同样未被采用，看来“薛定谔”三个字在中外编辑那里都有些“票房毒药”的意味）。
1707631141
1707631142
说到货币，虽然经济学家们可以写出很多大部头的著作来，但对普通人来说，想得最多的恐怕就是自己钱包里的那些钱，那也正是本文感兴趣的东西。(2)钱的重要性，相信大家都心领神会，所谓“有钱能使鬼推磨”（或者反过来，穷困的时候“一分钱难倒英雄汉”）。这样重要并且多多益善的东西，自然会有很多人想要获取，其中包括采用伪造的手段来获取。可以毫不夸张地说，人们伪造货币的历史，就跟发行货币的历史一样悠久；人们伪造货币的手段，就跟发行货币的手段一样高明；而人们伪造货币的规模，有时也跟发行货币的规模一样庞大。这听起来有些夸张，其实不然。伪造货币在和平时期通常是个人和集团的行为，在战争时期则有可能上升成国家行为。比如独立战争后期的美国，有三分之一以上的美元是英国政府伪造的；而“二战”后期的英国，则有三分之一以上的英镑是德国政府伪造的。
1707631143
1707631144
为了遏制伪造货币的行为，各国政府都绞尽了脑汁。1696年，英国政府甚至聘请最负盛名的科学家牛顿（Isaac Newton）担任了英国皇家铸币厂（Royal Mint of the United Kingdom）的主管。这位科学巨匠一方面亲自督管货币的重铸，从技术上遏止伪造；另一方面则凭借自己高超的推理查证能力，亲自追缉伪造货币的罪犯，并对他们施以重刑。牛顿的这种技术和刑罚“两手抓、两手都要硬”的做法，直到今天依然被各国政府所采用。从刑罚上讲，伪造货币在各国都是重罪，从技术上讲，今天的货币已经采用了诸如专用纸张、荧光纤维、水印、安全线、全息标识、微缩文字、光变数字、磁性油墨、防复印油墨、凹版印刷等一系列防伪技术。可惜的是，这一切措施虽一再抬高了伪造货币的门槛，但在巨大利益的驱使下，伪造货币的行为却依然“野火烧不尽，春风吹又生”。
1707631145
1707631146
伪造与反伪之间的这种“货币战争”可以几百年甚至几千年如一日地持续进行，一个很根本的原因，就是迄今所有的货币防伪标识都是宏观尺度上的。从物理学的角度讲，没有任何宏观尺度上的防伪标识是原则上不可复制的。因此只要有足够的实力，货币的发行者能够办到的事情，伪造者就也能办到。
1707631147
1707631148
那么，有没有可能存在一种防伪标识，它受物理定律的直接保护，从而在原则上就不可复制呢？量子货币想要回答的就是这个问题。有些读者或许会觉得奇怪，像量子这样一个来自微观世界的概念，怎么会跟货币联系起来呢？那是因为，迄今人们所知道的唯一一种原则上不可复制的东西就来自微观世界，它就是所谓的量子态，即微观体系的状态。1982年，美国物理学家伍特斯（William Wootters）等人证明了一条有趣的定理，叫做量子不可克隆定理（quantum no cloning theorem），它表明一个未知的量子态是原则上不可复制的。
1707631149
1707631150
为什么会有这样一条定理呢？那是因为要想复制一件东西，通常要首先对它进行观测，以获取有关它的信息，然后再依据那些信息进行复制。但量子世界的一个著名特点，就是几乎所有观测都会对量子态产生不可忽视的干扰，从而妨碍人们获取复制所需的信息。而一旦无法获取复制所需的信息，“不可克隆”也就不足为奇了。(3)
1707631151
1707631152
现在，读者们想必自己也能猜到量子货币的思路了：既然量子态是不可复制的，那么只要将量子态作为货币的防伪标识，货币也就变成不可复制的了。猜得不错，这正是量子货币的核心思路。有意思的是，这种思路实际上早在量子不可克隆定理问世之前的20世纪60年代末就出现了。当时美国哥伦比亚大学（Columbia University）的一位名叫威斯纳（Stephen Wiesner）的研究生提出了一个设想，那就是在货币上配置一个储存光子的量子器件，利用光子的量子态作为货币的防伪标识。威斯纳并未直接使用量子不可克隆定理那样的东西。事实上，在他和后来其他人的设想中，作为防伪标识的量子态往往只有为数很少的几种选择，即便有量子不可克隆定理的保护，伪造者也可以通过随意制备那几种量子态中的一种，来碰运气。不过，这种碰运气的做法碰对一个量子态容易，要想碰对十个、一百个就不太可能了。这就好比掷硬币掷出一个正面不难，但连续掷出十个、一百个正面却不太可能。因此威斯纳的量子货币可以通过增加量子态的数目，而将伪造货币的可能性减小到微乎其微。与普通货币的防伪技术不同，威斯纳量子货币给伪造者带来的麻烦是受物理定律保护，从而是原则上就无法突破的。
1707631153
1707631154
但是，威斯纳的设想也有一个严重的缺陷，那就是只有银行，确切地说是只有发行货币的中央银行，才能检验货币的真伪——因为只有他们才知道每张货币的量子态。其他人若贸然检验的话，不仅无从判别检验结果的通过与否，反而会破坏量子态（别忘了检验也是一种观测，而观测可以干扰量子态），使得货币因检验而作废。(4)这个缺陷的严重性是不言而喻的。因为如果每一位想要检验货币真伪的人都必须求助于中央银行，那不仅对于想要检验货币真伪的人是很大的麻烦，更会使中央银行不堪重负。相比之下，普通货币的防伪能力虽弱，却让每个人都能进行一定程度的检验。对于像货币这样被广泛使用的东西来说，这无疑是至关重要的。
1707631155
1707631156
那么，威斯纳量子货币所具有的缺陷是否能被弥补呢？在回答这一问题之前，让我们先想一想，一种具有实用意义的量子货币究竟应该满足什么条件？很明显，第一个条件是它能被中央银行所发行（即中央银行有能力制造），这是所有货币的共同特点。第二个条件是除中央银行外其他任何人都无法复制，这是量子货币有别于普通货币的主要优点。这里所说的无法复制既可以是如量子不可克隆定理那样的严格意义上的无法复制，也可以是像威斯纳量子货币那样的概率意义上的无法复制。第三个条件则是必须克服威斯纳量子货币的缺陷，即必须让所有人都能检验真伪。