Kirchhoff 遇见 Johnson：追求无条件安全通信

噪声：一个需要应对的敌人，也是限制通信系统性能的主要因素。然而，如果垃圾中有黄金呢？在传统工程中，我们的重点主要是消除、抑制、对抗甚至忽略噪声及其不利影响。相反，我们能否像生物学那样利用它，利用类噪声载波信号来传递信息？在此背景下，利用噪声或一般的类噪声信号已被提出作为未来实现无条件安全通信系统的手段。在这篇教程文章中，我们首先追溯基于热噪声通信的起源，并强调其在确保无条件安全网络方面的重要应用之一：基尔霍夫定律-约翰逊噪声（KLJN）安全密钥交换方案。然后，我们深入探讨与安全通信相关的固有挑战，并讨论在追求无条件安全过程中对基于物理的密钥分发方案的迫切需求。同时，我们简要概述了量子密钥分发（QKD）方案，并将其与基于 KLJN 的对应方案进行了比较。最后，超越有线通信回路，我们探索了噪声信号在空气中的传输，并评估了其用于隐蔽和安全无线通信系统的潜力。