研究成果
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我国量子保密通信标准与测评稳步推进
作者:赖俊森、赵文玉            发布时间:2018-10-12

  随着人类认观测和调控微观物理(量子)系统能力的不断提升,以量子计算、量子通信和量子测量为代表的量子信息技术已经成为全球ICT领域前沿研究的关注焦点。量子信息技术研究和应用在未来国家科技竞争、新兴产业培育、国防和经济建设等诸多领域都将产生重要影响。其中,基于量子密钥分发(QKD)的量子保密通信是目前量子信息领域实用化程度领先的技术方向,能够有效提升加密信息传输的安全性,是未来应对网络信息安全威胁的解决方案之一。

  一、我国量子保密通信研究与应用较快发展

  近年来,我国量子保密通信研究与应用呈现出需求牵引、政策驱动、快速发展的特点,在试点应用数量和网络建设规模等方面,已经处于全球领先水平。

  在科研成果方面,2018年以来,中科大报道了在联通济南至青岛现网光纤链路中QKD设备与100G光传输设备的共纤混合传输实验。使用1310nm波段诱骗态BB84协议QKD设备,在新型超低损光纤中实现与1550nm波长100G经典光通信信号的共纤混传,安全密钥生成码率约为5kbit/s,为量子保密通信与经典光通信网络的融合组网方案进行了有益探索。华为欧研所报道了采用1550nm波长的连续变量(CV)QKD设备与10G速率OTN设备在现网80公里距离的共纤混合传输实验,并完成基于同设备的10GE业务数据信号的对称加密传输验证,体现了传统通信设备厂商对量子保密通信技术的研究和关注。中科大还报道了日光环境中的自由空间QKD传输实验,采用新型接收算法结合可变形透镜增强光子检测信噪比,实现400bit/s量级全天候量子密钥传输,为解决量子卫星的全天时运行问题奠定基础。

  在应用项目和网络建设方面,2016年底,发改委牵头投资的量子保密通信“京沪干线”项目全线贯通,基于32个可信中继站点,实现距离超2000公里的全球首个广域量子保密通信骨干线路。2017年以来,量子保密通信“沪杭干线”、“宁苏干线”和“武合干线”等一批由地方政府和社会资本参与投资的项目开始建设。2017年11月,发改委公布2018年新一代信息基础设施建设工程项目,其中包含国家广域量子保密通信骨干网络建设一期工程。该工程规划在京津冀、长江经济带等重点区域建设量子保密通信骨干网及城域网,并在若干地区建设卫星地面站,形成量子保密通信骨干环网。同时构建量子保密通信网络运营服务体系,进一步推进其在信息通信领域及政务、金融、电力等行业的应用。

  二、标准化研究工作有序推进并取得一定成果

  标准是引导和规范产业发展的重要工具,标准化也是产业发展成熟的必经之路。在全球量子保密通信技术与产业竞争中,标准制定的话语权对于企业生存和产业发展都至关重要。我国量子保密通信技术研究和应用发展具备良好的实践基础,开展标准化研究的环境和条件已经成熟。通过标准规范研究和测试认证体系建设,能够保证量子保密通信设备系统的功能与性能一致性、可靠性和互操作性,为用户提供安全可靠的保密通信解决方案,促进量子保密通信产业健康发展。加大标准研究工作的推进力度,协调产业链上下游各环节广泛参与,共同推动形成具有适用性和指导意义的标准体系和测评规范,能够为量子保密通信技术的规模化应用提供有效的支撑和引导。

  2017年6月,中国通信标准化协会(CCSA)成立了量子通信与信息技术特设任务组(ST7),下设量子通信和量子信息处理两个工作组。目前,CCSA-ST7任务组正在开展《量子保密通信术语和定义》和《量子保密通信业务需求及应用场景》两项国家标准的研究制定工作。2018年4月完成了首个研究课题《量子保密通信系统测试评估研究》项目的工作,为后续技术验证和测评工作奠定基础。2018年6月完成了《量子密钥分发(QKD)系统技术要求 第1部分:基于BB84协议的QKD系统》、《量子密钥分发(QKD)系统测试方法》和《量子密钥分发(QKD)系统应用接口》等三项量子保密通信核心行业标准的立项工作,并开始推进相关研究和讨论。随着ST7的成立和相关标准制定与研究课题等工作的逐步推进,量子保密通信技术应用开始标准规范研究并逐步取得实质性进展,后续将有力支撑我国量子保密通信产业的进一步发展。

  三、第三方技术验证和设备测评工作逐步展开

  随着量子保密通信技术应用和产业的发展,相关技术验证和测评工作的需求也日益明显。由于量子保密通信属于量子物理、光通信和信息安全等多学科交叉的新兴技术领域,用户对于其技术原理、工作机制和指标参数,以及系统设备可靠性和安全性等方面都存在一个认识理解和信任的过程。此外,量子保密通信目前应用场景主要面向高安全性需求的重要通信领域,对于技术和设备的测试评估和检测认证都有很高要求。在缺少相应的技术验证和设备与网络测评的情况下,现有的试点示范应用向规模化商用和产业化应用的推广和转化将面临困难。通过积极推动量子保密通信测评机制建立和相关测评工作的开展,能够充分验证量子保密通信系统的功能、性能和安全性等核心价值,同时也能够对技术研究和产品研发形成有效的引导,促进技术演进、成本优化和产业发展。

  2018年以来,国家电网公司信息通信分公司和国科量子通信网络有限公司等多家单位委托中国信息通信研究院技术与标准研究所开展了多项量子保密通信技术验证、系统测试和现网测试工作。通过技术验证与测评工作,将及时评估和分析我国量子保密通信产业的现有设备性能、网络建设情况、产业化发展水平和实用化程度,进一步促进量子保密通信设备系统和网络的功能、性能和管控运维能力的完善与提升。

  四、量子保密通信产业发展仍需各方共同努力

  现阶段,量子密钥分发系统的密钥生成速率、现网传输能力和设备环境适应性等方面仍有一定提升空间,量子保密通信系统的广域组网、互联互通、时钟同步和管理运维等方面的工程化和实用化问题和需求有待研究和解决,同时量子保密通信的应用场景开发、商用化市场推广和产业链培育也需要进一步探索。上述技术、应用和产业问题的解决,以及相关技术与设备的发展演进,需要包含技术研究、设备制造、建设运维、安全应用和咨询测评在内的产业各方的紧密配合和共同努力。量子保密通信技术作为提升网络信息安全保障能力的有效解决方案之一,在设备性能、工程化和实用化能力得到提升和完善之后,有望在ICT领域中具有较高安全性需求的应用场景得到进一步的推广和应用。


  作者信息:

  赖俊森:北京理工大学工学博士,中国信息通信研究院技术与标准研究所高级工程师,主要从事光通信和量子信息技术研究。

  联系方式:laijunsen@caict.ac.cn

  赵文玉:就职于国信息通信研究院通信标准研究所宽带网络研究部。

  联系方式:zhaowenyu@caict.ac.cn

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