CCSA-2018量子保密通信技术白皮书.docx

量子保密通信(munication,QSC)是结合量子密钥分发(QuantumKeyDistribution,QKD)和密码技术的安全通信解决方案。本白皮书对量子保密通信和相关的概念进行澄清,介绍量子保密通信的应用场景,量子保密通信的安全性及其核心QKD技术的实际安全性研究现状,量子保密通信网络架构及其组网关键技术,国内外量子保密通信产业发展及趋势,量子保密通信的标准化现状;并从产业化发展的需求出发,梳理其下一步发展面临的关键问题、解决方案及发展建议,旨在为我国量子保密通信产业的发展和标准化建言献策,推动其更好的发展。SAST7)负责组织编写,主要参与编写单位包括:国科量子通信网络有限公司、科大国盾量子技术股份有限公司、济南量子技术研究院、中国联合网络通信集团有限公司、中国移动通信集团有限公司、中国电信集团有限公司、神州数码信息服务股份有限公司、浙江九州量子信息技术股份有限公司、安徽问天量子科技股份有限公司、上海交通大学。目 录一、概述 1(一)量子保密通信基本概念 1(二)量子保密通信迎来历史发展机遇 3二、量子保密通信业务应用 10(一)量子通信应用前景广阔:保密通信是现阶段可行业务 10(二)量子密钥分发可与现有ICT技术结合应用 12(三)量子保密通信的典型行业应用场景 13三、量子密钥分发的安全性 19(一)量子密钥分发安全性的物理基础 19(二)量子密钥分发的理论安全性 25(三)量子密钥分发的实际安全性 27四、量子保密通信网络架构及关键技术 28(一)量子保密通信网络的演进 28(二)量子保密通信网络需求和架构设计 30(三)量子保密通信组网关键技术 36五、量子保密通信产业及标准化进展 40(一)量子保密通信国内外发展概况 40(二)量子保密通信产业化进展 45(三)量子保密通信标准化进展 49六、总结:面临挑战与发展建议 54(一)加强量子通信底层技术自主研发,提供产业发展保障 55(二)加快量子保密通信行业标准制定,支撑产业健康发展 56(三)开放合作,以需求为导向促进量子保密通信应用推广 56附录1实际QKD系统安全威胁和解决措施 60附录2缩略语 64一、概述(一),量子调控技术的进步使得人类可以对光子、原子等微观粒子进行主动的精确操纵,从而能够以一种全新的方式利用量子规律,使得量子技术与信息技术得以深度融合。这促进了面向无条件安全的保密通信、超强的计算能力、突破经典极限的精密探测等量子信息技术的蓬勃发展。以量子通信、量子计算和量子测量为代表的新一次“量子革命”,必将对信息通信技术(municationTechnology,ICT)领域产生深远的影响。量子通信作为量子信息科学的重要分支,是利用量子态作为信息载体来进行信息交互的通信技术。现阶段,量子通信的典型应用形式包括量子密钥分发(QuantumKeyDistribution,QKD)[1]和量子隐形传态(QuantumTeleportation,QT)[2]等。量子密钥分发可用来实现经典信息的安全传输;而量子隐形传态是传递量子信息的有效手段,有望成为分布式量子计算网络等应用中的主要信息交互方式。量子密钥分发量子密钥分发是最先实用化的量子信息技术,是量子通信的重要方向。量子密钥分发可以在空间分离的用户之间以信息理论安全的方式共享密钥,这是经典密码学无法完成的任务[3]。基于国际学术界的广泛共识,包括2010年沃尔夫物理学奖获得者AntonZeilinger教授等在内的众多国际学者通常将量子密钥分发就称为量子通信;美国物理学会的学科分类系统PhySH将量子密码作为量子通信条目下的一个子条目;欧盟最新发布的量子技术旗舰计划《量子宣言》[4],将以量子密钥分发为核心的量子保密通信作为量子通信领域未来的主要发展方向。现有实际量子密钥分发系统主要采用BB84协议[1],t和Brassard于1984年提出。与经典密码体制不同,量子密钥分发的安全性基于量子力学的基本原理。即便窃听者控制了通道线路,只要窃听者没有掌握能攻入合法用户设备内部的侧信道,量子密钥分发技术就能让空间分离的用户共享安全的密钥。学术界将这种安全性称之为“信息理论安全”(也可称为“无条件安全”),它指的是拥有严格数学证明的安全性,但是有下列假设前提:窃听者不掌握攻入合法用户设备内部的侧信道;依赖的基础是量子物理学原理,即要求窃听者不能拥有违反量子物理学原理的技术,但是可以拥有任何不违反量子物理学原理的技术,例如计算能力任意强大的计算机,包括量子计算机。量子密钥分发的这种安全性,与计算复杂度无关,因此不论对手拥有多大的计算能力,其安全性都不会受到影响。量子保密通信量子保密通信是指以具备信息理论安全性证明的QKD技术作为密钥分发功能组件,结合适当的密