淺談量子保密通信技術應用與發展

前言：想要寫出一篇引人入勝的文章？我們特意為您整理了淺談量子保密通信技術應用與發展范文，希望能給你帶來靈感和參考，敬請閱讀。

摘要：量子保密通信結合了現代通信技術和量子信息技術，利用量子態具有特殊的疊加狀態特性和不可復制性，實現量子密鑰分發而建立的安全通信密碼，采取一次一密的加密體制從而達到無條件安全的數據傳輸。在當今信息化時代中，量子通信技術作為一種全新的加密通信技術，為新一代信息網絡安全提供了保障，成為未來信息社會通信的關鍵技術。針對量子密鑰分發技術的應用、量子保密通信技術在實用化、產業化發展中開展建設規劃，并與現有通信系統相融合，以實現量子保密通信的未來發展前景。

關鍵詞：量子保密；通信技術；應用；未來發展

引言

隨著信息化時代的到來，人們無時無刻都在接發文字信息、視頻信息、電子信息等，給人們的生活、工作、學習和社會各個領域帶來了新的改變。為了保障信息通信的安全，防止信息傳遞過程中存在的泄露風險，采取量子保密通信技術，有效避免信息被攻擊破譯，保障了信息傳遞的絕對安全[1]。量子保密通信改變了傳統加密通信的局限性和不安全性，解決了存在的安全隱患問題，根據量子力學原理與科學信息技術的有效結合，采用高精度量子測量技術和高精準量子計算技術進行計算、編碼和信息傳輸，發揮了高效安全的通信性能。量子計算利用量子力學規律來調控量子信息單元進行計算，能夠進行大規模、多線程地數據處理，具有超強的計算能力和精密的邏輯性[2]。在依靠量子比特工作中，由于量子位存在的并行性、糾纏性和疊加性，量子算法在進行問題處理時就能夠做出傳統計算無法比擬的超強處理能力，實現超高精度、超高速度的工作效率[3]。隨著國內外量子信息技術科技的發展，針對現有公鑰體系在單向計算時存在的易被攻擊威脅，造成信息發生泄漏的嚴重后果，開展量子密鑰分發技術的保密通信的創新研發，滿足了當前信息化社會和數字化經濟時代的需求。通過量子保密通信技術的研究與應用，推動了量子保密通信標準化工作的進行和未來的無限發展。

1量子保密通信技術應用

1.1量子密鑰分發技術應用

量子密鑰分發是根據量子測不準原理、量子不可分割和量子態不可復制的特性來實現，量子生成的通信密碼校驗絕對的安全性，不會被任何方式破解。通信雙方建立量子密碼分享協議，發送方和接受方以單光子的狀態作為信息載體來建立密鑰，保證密鑰分發的安全性，密鑰分發采取一次一密的加密體制建立安全通信密碼。密鑰分發完成后需要進行信息協同和隱私保密增強，糾正密鑰中存在的錯誤，使密鑰保持一致性，進一步增強信息隱私的保密安全。根據協議隨機選擇調制每一個光子的基矢，隨機的基矢可以對接收端進行監測，在偏振編碼過程中采用單光子的水平偏振態（0°）、垂直偏振態（90°）、偏振態（+45°）和偏振態（-45°）的4個量子態，來進行不同自由度的編碼，可以選擇垂直方向，也可以沿水平方向或其它角度作為量子信息的載體。發送方隨機使用2組基矢，按照事先約定的單光子水平偏振態通過量子信道發送給協議用戶，當用戶接收到光子后也隨機地使用2組基矢進行偏振態的測量，如果制備基矢和檢測基矢兼容，則表示收發隨機數完全一致，如果存在不同，發送方和用戶在從新進行比對制備基和測量基基矢，直到收發雙方擁有完全一致的隨機數序列密鑰。密鑰分發、生成后不會被破譯或計算破解，即使在密鑰生成過程中被竊聽也會被通信方發現，仍然不會泄密，保證了絕對的安全性[4]。

1.2量子保密通信與后量子安全加密應用

近年來，我國在量子信息技術領域發展迅速，在量子保密通信的研發中獲得突破性進展，利用量子保密通信技術克服了傳統通信技術存在的安全隱患問題，保證了通信的安全性和可靠性[5]。量子保密通信具備巨大的信息存儲與攜帶性能，量子計算機可以面對各種復雜難度的計算，并能進行高時速、高精準的并行計算處理能力。量子保密通信是在原有的公鑰體系進行創新改進，采取量子密鑰分發和加密的量子保密通信方案，以應對原有量子計算體系內存在的安全威脅，并對現有加密體制進行升級，應用計算破解能力的后量子加密技術提高了被破解能力，避免信息泄露。量子保密通信與后量子加密的應用，為未來量子安全信息加密技術的創新發展具有重要的意義[6]。

1.2.1量子保密通信方案量子保密通信利用量子態的疊加性和量子不可克隆原理，采取密鑰分發的密碼技術，對傳輸的信息進行一次一密的加密方法，完善了加密體制，實現了信息傳輸的安全性。

1.2.2后量子加密后量子加密技術是一種新的加密方法，通過運用許多先進的技術對現有的加密體制算法進行升級改進，例如網格編碼算法和橢圓曲線算法等，增加了防御能力，可以完全抵抗黑客的計算破解，后量子新型信息加密技術能夠與現有的信息安全系統實現兼容和平滑升級演進。

1.3量子保密通信應用

量子保密通信為未來信息安全提供了保障，是信息領域的重要技術手段，在量子保密通信中量子密鑰分發作為關鍵技術，與典型網絡組織和現有通信系統結構相融合，建立了網絡管控、安全服務、密鑰生成層、密鑰分發層、密鑰應用層等組織結構，實現了通信網絡的可用性和安全可靠性，并應具備靈活高效、可擴展的未來發展的建設需求。系統分為發送裝置和接受裝置，利用公共信道對密鑰分發協議合法的通信雙方發送共享的隨機密鑰。其中，密鑰生成層將生成制備的量子密鑰提供給上層，在密鑰中繼、密鑰轉發、密鑰存儲、密鑰輸出過程中，密鑰應用層為量子密鑰的保密通信服務提供服務，網絡管控平臺負責網絡運營管理，安全服務平臺則負責密碼服務和安全管理。量子密鑰分發是以量子物理與信息學為基礎，利用量子態糾纏重疊的力學特性，在通訊雙方之間產生并分享一個隨機的安全的密鑰，運用一次一密的加密方法，通過量子信道完成信息的安全傳送。由于傳統量子信道在傳送數據進行量子密鑰服務的加密業務時，量子信道存在傳輸損耗，量子密鑰分發距離會被限制距離，需設置中繼節點來完成長距離的接力傳送，導致安全防護存在困難，存在安全隱患。因此在現有較大規模的量子保密通信網絡中，都采用可信中繼技術是異或后的中繼技術，量子密鑰只會在節點處暫存經過異或后，不會對中繼節點造成影響，具有信息傳輸的安全性和高效率。

2量子保密通信目前發展狀況

隨著量子保密通信的發展，世界各國試用點呈現逐步成熟趨勢，但在應用推廣方面暴露出一些問題。主要包括三個方面：（1）應用場景受到限制當前，量子保密通信主要面向金融、政府等長期安全性較高的特定場景之中，市場規模較為分散，傳統通信業界對于量子保密通信應用目前仍然處于熱情度較低的狀態。此外，由于量子態信號與傳統信號混合傳輸時，將引入劣化性能，導致量子保密通信組網需要借助額外獨立光纖鏈路才能獲取所需資源。（2）技術瓶頸待解決在百公里長距離傳輸情況下，量子保密通信可用安全碼率大約為15kbit/s量級，相比于當前光傳達網技術實現的量級信息傳輸差距較大，無法實現對信號的一一加密。此外，在量子保密通信組網方面，由于量子態存儲技術尚不成熟，因此，有關量子存儲方面難以實現，其中涉及的關鍵技術仍需進一步驗證分析。（3）安全性存在一定風險在實際通信過程中，信道節點不理想特性使其難以滿足安全性標準，成為不法分子利用的安全漏洞，所以針對通信安全性升級將是運營維護所面臨的一個難題，現階段，由于通信密鑰生成碼率也相對較低，很難滿足一次一密要求。現階段，我國量子保密通信技術在業務、市場、商用的應用都處于推廣初期階段，在量子密鑰分發技術組網理念和技術研究中，仍然面臨一些問題有待研究和探討。

3量子保密通信標準化工作策略與未來發展

3.1量子保密通信標準化工作策略

在未來量子保密通信技術研發中，應保證量子保密通信設備系統的功能與性能的一致性和可靠性，增加設備系統和網絡層面的兼容性、靈活性和安全性，在設備和系統技術、安全性能、組網以及加密等各個方面，逐步完善應用體制，在未來發展中形成完整的標準規范體系。首先，在國家政策支持的基礎上，應加強量子密鑰分發技術前沿技術領域的研究工作，創新開發新型協議技術、系統器件和架構方案，加快提升量子密鑰分發技術和系統設備成熟度、實用化水平和性價比，不斷提高量子密鑰分發和后量子加密的技術水平，完善加密體制。然后，應加強量子保密通信的商業化應用和市場開拓規劃的工作策略和未來發展方向，積極推進產業合作，開展多樣化的商業部署模式，制定標準化工作策略，為應用發展做好引導和培育市場需求。最后，應加快我國量子保密通信網絡項目工程的建設，升級設備完善標準，提高量子密鑰分發系統的網管和運維能力，使量子保密通信系統和網絡在完善的密鑰管理設備與加密通信設備進行安全可靠的通信，以商業化應用推廣和市場化發展為未來建設目標，增加網絡建設的實際可用性和安全性等標準的建設規模。目前，我國量子保密通信技術已經實現了實用化、產業化的發展水平，在國家政策的大力支持下在社會各領域得到了廣泛的應用。隨著國家實施創新驅動發展戰略規劃，量子信息技術作為我國科技創新的重要發展技術，應加快發展量子信息產業，推動量子技術與社會經濟領域的深度融合，增加產業經濟的發展，為國家安全、國防軍事提供強大的技術支持，新興的量子信息產業推動了我國戰略性發展方向。

3.2未來發展前景

量子保密通信技術在未來發展進程中，量子保密通信網絡建設和產業發展是未來量子技術發展的關鍵，需要加強技術成熟度、設備可靠性和投入產出性價比等各方面的研究，開展標準化工作策略以促進技術和產業的快速發展。近年來，隨著量子保密通信技術的不斷創新，世界各國在量子保密通信技術與產業的市場競爭日趨激烈，我國雖然處于世界領先地位，應需加強對量子技術研究機構、系統設備廠商和建設運營單位進行大力扶持，在政策支持優勢下強化關鍵技術創新和可持續發展能力，以增強科技實力，提高市場競爭能力。積極推廣大規模產業鏈發展，標準規范產業發展方向，促進量子保密通信商業化推廣、產業鏈壯大和產業化得到健康發展。

3.2.1分發系統性能指標和實用化水平有提升空間量子密鑰分發系統在現有光纖網絡之中單跨傳輸距離在百公里以內，密鑰成碼率有待進一步提高。同時，量子密鑰系統工程化也具有一定提升空間。此外，量子保密通信系統仍需要密鑰管理，將其與信息通信行業緊密融合，加密通信設備。

3.2.2抗量子計算破解的安全加密面向未來量子計算對于現有加密體系存在的破解威脅，需設計抗量子計算破解安全加密方案，快速提升量子密鑰分發技術和實用化水平，這是贏得加密技術體制的關鍵。

3.2.3量子保密通信商業化開拓仍需進一步探索量子保密通信是對現有通信技術的一種有效安全性提升技術，能夠解決密鑰分發安全性問題，提升通信安全性等級，具有長期性和高安全性。尤其在金融專網方面，其產業規模相對有限，因此，在后續研究進程中，逐漸完善量子通信保密技術，將其推廣到投入產出性行業之中，從設備升級、標準完善、市場探索等方面進行逐一推廣與應用。因此，在今后發展過程中，應凝聚各方形成合力，提升工程化實用水平，引導應用產業健康發展，重視標準化測試，引導產業健康發展。

4結束語

隨著我國在量子信息技術領域的創新發展，開創了一場新的技術革命和產業革命的創新之路，促進了我國國民經濟和綜合國力的飛速增長。量子保密通信結合了現代通信技術與量子信息技術，利用量子態的疊加性、糾纏性和不可克隆原理，開展量子密鑰分發的密碼通信技術，通過隨機生成的密鑰具有較高的正確性和可靠性，在通訊雙方協議下形成一致的密鑰形式，量子信道對信息進行加密傳送，實現了多地遠程傳輸、保密性好、安全可靠的作用。量子密鑰分發保密通信技術作為天然的保密通信手段，在金融、政務、國防軍事等重要領域發揮了強大的保密傳輸功能，保證了信息傳輸的絕對安全性，是未來通信安全發展的重要技術手段之一。在量子通信技術的應用和創新發展中，我國已經把量子通信技術作為新一代信息基礎設施建設工程，積極開展標準化工作策略和未來發展規劃，量子技術在實際應用中逐漸進入產業化、大規模發展階段，從而更好的為廣大用戶量子層面提供安全服務，滿足我國量子創新技術新產業和市場發展的戰略需求。

參考文獻

[1]韓鈺.淺談通信工程傳輸技術的應用與未來發展[J].信息系統工程,2019,1(7):109-109.

[2]生云峰.分析現代無線通信技術的發展現狀及未來發展趨勢[J].通訊世界,2017,2(1):79-80.

[3]沈超.大數據金融信息傳輸安全與量子保密通信[J].新疆財經,2019,8(4):39-46.

[4]雷思.淺談現代通信技術發展現狀與未來應用趨勢[J].數碼世界,2019,2(4):25-26.

[5]王鑫鑫.芻議電子信息技術的主要應用及未來前景分析[J].文存閱刊,2018,1(4):180-180.

[6]丁毅.淺談FTTH技術對互聯網通信帶來的影響及未來發展趨勢[J].科學技術創新,2017,1(2):184-184.

作者：許偉 單位：安徽省專用通信局