從「有線」邁向「無線」和「無限」，量子安全服務進入移動模式

——科大國盾量子攜手國科量子網路聯合推出「量子安全服務移動引擎」

繼全球首顆量子科學實驗衛星「墨子號」圓滿完成三大科學實驗任務，以及量子保密通信「京滬幹線」通過技術驗收之後，作為我國量子通信產業化的龍頭與中堅力量，中國科學院旗下的科大國盾量子技術股份有限公司和國科量子通信網路有限公司聯合推出凝聚產業鏈的開放性平台產品——「量子安全服務移動引擎」（QSS-ME），在實現量子安全服務從「有線」向「無線」和「無限」拓展的實踐道路上邁出了重要的一步。

量子安全已成為信息時代的主流關切

隨著互聯網技術的蓬勃發展，通信安全的重要性與日俱增。傳統的通信安全建立在基於非對稱密碼體制的公鑰基礎設施之上。非對稱密碼體制難以攻破，源於它們構建於某些困難的數學問題。量子計算機對非對稱密碼體制提出了嚴峻的挑戰。研究發現，運行舒爾量子演算法的量子計算機，能夠在短時間內求解目前廣泛使用的非對稱密碼體制基於的數學問題，從而攻破當前的公鑰基礎設施。

近年來，量子計算機研製進度已呈加速之勢。量子計算機不僅能夠破解密碼，其在生物製藥，優化問題，數據檢索等眾多場景都有廣泛的應用前景。因此，以谷歌，IBM，微軟等巨頭為代表的企業紛紛投入巨資參與到量子計算機的研發中來。隨著產業投入力度的持續加大，業界預期，能夠破解當前公鑰密碼體制的大型量子計算機有望在10-20年內研製成功。

在這樣的背景下，「量子安全」的概念應運而生。量子安全是能夠抵禦量子計算攻擊的安全新高度，也是下一代通信系統必須滿足的安全要求。

如何實現量子安全

實現量子安全的方式，一種是延續公鑰密碼體制的理念，尋找可以抵禦量子計算破解的新型數學問題，在此基礎上構建新的公鑰密碼體制。這一方向近幾年得到了廣泛的研究。目前學界已經提出一些候選方案，但是由於研究時間較短，成果尚不成熟，很多新型公鑰密碼演算法的性能差強人意，其安全性還存在較大的不確定性。

另一種實現途徑是應用以量子態不可分割和不可複製等物理規律保障安全的量子密鑰分發技術，並結合對稱加密技術，實現可證明的量子安全體系。正所謂「解鈴還須繫鈴人」，量子技術在挑戰現有安全體系的同時，也為我們準備了一條構建新安全體系的道路。

量子密鑰分發，移動起來不容易

量子密鑰分發技術將隨機數用量子態表示，載入在量子信號上，收發雙方通過量子態的載入發送和接收探測實現密鑰的分發，分發的密鑰稱為量子密鑰。量子密鑰分發不能用廣播的形式實現，要實現移動通信，必須藉助高精度的跟蹤瞄準技術和高效率的信號收集系統，才能使發射的量子信號不斷地到達接收端，並被有效地接收。這一技術瓶頸使得實現無線移動的量子密鑰分發非常困難，「墨子號」量子衛星成功實現星地量子密鑰分發堪稱壯舉。如果想把發射和接收系統做的像目前的3G/4G移動通信終端那樣小巧，則還需要長時間的努力。

量子安全服務移動引擎（QSS-ME），拓展量子密鑰分發網路的最後一公里，將服務從「有線」推向「無線」和「無限」

2010年，日本三菱公司在UQCC2010會議上展示了一個點對點的原型系統，將量子密鑰分別注入兩台手機中，隨後兩台手機就可以使用量子密鑰完成加密通信。2011年，科大國盾量子旗下山東量子公司在3G網路上實現了充注量子密鑰的多用戶點對點VoIP手機應用原型系統。但是，將點對點方案發展成為適應大範圍應用的系統，不僅需要大規模量子密鑰分發網路的支持，最重要的是徹底解決從量子密鑰分發固定網路到移動終端的「最後一公里」問題。

我們如果將量子密鑰分發網路比作水網和電網，量子密鑰就像是水和電一樣的資源，而QSS-ME則完成了這些資源到移動終端的「最後一公里」配送。QSS-ME將量子密鑰資源通過量子安全介質產品（例如「量子安全U盾」和「量子安全TF卡」）融合到各種移動通信設備中，並對移動密鑰進行動態管理，為用戶提供任意多點間密鑰協商、接入認證、訪問控制、安全存儲等功能服務。基於廣域量子密鑰分發網路，QSS-ME可為用戶提供本地接入和漫遊接入的功能，無論是在家中、公司或者是旅行中都可以安全可信地就近接入量子網路，更新安全保護能力。QSS-ME超越了早期點對點移動加密通信的範疇，把安全作為服務提供給用戶，不受限於操作系統、應用協議和應用平台，展現了應用擴展的無限可能。

科大國盾量子一直致力於在現有技術條件下突破量子密鑰分發和移動通信結合的技術瓶頸，實現量子安全服務從「有線」向「無線」和「無限」的跨越。在這一方向上，科大國盾量子已經布局專利20餘項，其中部分專利在美國、歐洲和日本獲得授權。國科量子網路致力於構建最廣泛的量子安全服務網路，以星地一體的廣域量子通信網基礎設施為支撐，打造和運營量子安全使能平台，服務於有量子安全需求的產業鏈各方。此次，科大國盾量子與國科量子網路聯手，將技術、網路以及服務理念深度融合，通過QSS-ME搭建開放性的無線應用產業合作平台。目前，多家ICT企業正在這個平台上開發自己的應用產品，不久將會陸續進入市場。

通過持續的技術創新、平台創新、模式創新，我國在量子通信領域積累的知識優勢正在逐步地轉化成為產業優勢，成為促進國家社會經濟發展的新動能。

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