申 虹（中國(guó)通信建設(shè)集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100076）
本文版權(quán)為《郵電設(shè)計(jì)技術(shù)》所有，如需轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系《郵電設(shè)計(jì)技術(shù)》編輯部
摘要：量子保密通信是未來(lái)提升信息安全保障能力的重要技術(shù)手段之一。介紹了基于量子密鑰分發(fā)（QKD）的量子保密通信關(guān)鍵技術(shù)，探討了量子保密通信應(yīng)用示范及標(biāo)準(zhǔn)化研究最新進(jìn)展，提出了量子保密通信的系統(tǒng)架構(gòu)和典型網(wǎng)絡(luò)組織；同時(shí)為了更好地與現(xiàn)有通信系統(tǒng)融合，提出了一種QKD系統(tǒng)與大容量光通信系統(tǒng)共纖傳輸方案；最后對(duì)量子保密通信的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。
關(guān)鍵詞：量子密鑰分發(fā)；量子保密通信；共纖傳輸；波分復(fù)用
doi：10.12045/j.issn.1007-3043.2019.05.015
引言
上世紀(jì)中葉，人類以量子力學(xué)為基礎(chǔ)開(kāi)始認(rèn)識(shí)和利用微觀物理規(guī)律，推動(dòng)產(chǎn)生了激光器、半導(dǎo)體和原子能等具有劃時(shí)代意義的重大科技突破。進(jìn)入21世紀(jì)，量子技術(shù)與信息技術(shù)深度融合，第2次“量子革命”正在到來(lái)。量子信息科學(xué)是量子力學(xué)與信息科學(xué)等學(xué)科相結(jié)合而產(chǎn)生的新興交叉學(xué)科，目前其重點(diǎn)發(fā)展方向包括量子通信、量子測(cè)量和量子計(jì)算3個(gè)領(lǐng)域，分別以面向無(wú)條件安全的保密通信、超強(qiáng)的計(jì)算能力、精密探測(cè)突破了信息科學(xué)的經(jīng)典極限。量子信息科學(xué)將為信息社會(huì)的演進(jìn)提供強(qiáng)勁動(dòng)力。
量子計(jì)算利用“量子比特”量子疊加態(tài)的特性，通過(guò)量子態(tài)的受控演化實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)計(jì)算。隨著量子比特?cái)?shù)量增加，量子計(jì)算算力可呈指數(shù)級(jí)規(guī)模拓展，理論上具有經(jīng)典計(jì)算無(wú)法比擬的超強(qiáng)并行處理能力。以IBM的超級(jí)計(jì)算機(jī)BlueGene為例，它需要花費(fèi)上百萬(wàn)年才完成的數(shù)據(jù)處理，而量子計(jì)算機(jī)只需要幾秒鐘。如果將量子計(jì)算比喻成矛，將有望“吾矛之利，于物無(wú)不陷也”。量子計(jì)算在帶來(lái)強(qiáng)大算力的同時(shí)，也將引發(fā)全新信息安全挑戰(zhàn)�，F(xiàn)有公鑰體系的安全性是基于單向計(jì)算復(fù)雜度的數(shù)學(xué)難題，即便增加算法復(fù)雜度和密鑰長(zhǎng)度，也難于抵御量子計(jì)算攻擊，經(jīng)典加密通信面臨嚴(yán)重威脅。當(dāng)前信息社會(huì)和數(shù)字化經(jīng)濟(jì)時(shí)代，信息安全形勢(shì)日益復(fù)雜，量子保密通信技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，將以“吾盾之堅(jiān)，莫之能陷也”為目標(biāo)構(gòu)建信息安全關(guān)鍵屏障。
本文將介紹基于QKD的量子保密通信關(guān)鍵技術(shù)、量子保密通信技術(shù)應(yīng)用示范及標(biāo)準(zhǔn)化情況、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和典型網(wǎng)絡(luò)組織，及其發(fā)展前景，并提出發(fā)展建議，為量子保密通信發(fā)展、應(yīng)用、規(guī)模部署提供參考。
