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量子保密通信成通信圈“网红”背后的秘密你知道多少?

作者:电子信息产业网来源:中国电子报、电子信息产业网发布时间:2016-09-25 19:17我要评论

8月中旬“墨子号”科学实验卫星的成功发射,让量子通信成为迅速蹿红的“网红”,很多普通人都知道了这一高大上的事物。

“墨子号”升空意义的确重大,使我国在世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信,构建天地一体化的量子保密通信与科学实验体系。除了“墨子号”,国内量子通信在今年还会有一项“壮举”,那就是“京沪干线”大尺度光纤量子通信骨干网年底前将建成并验收。

目前来看,量子通信主要有两个应用方向,一是取代传统的介质(比如光纤),直接用量子技术传送信息,二是信息本身仍是通过光纤等来传送,但使用量子技术传递密钥,这就是量子保密通信。前一种应用尚有诸多技术难关等待攻克,而后一种技术方案较为成熟,量子保密通信目前具备产业化条件。现在国内一些地方已经建立量子保密通信试验网,产业链日益壮大,包括电信运营商也都积极参与其中,从而提升国内信息安全水平,为下一代国家主权信息安全生态系统打下基础。

“网红”的神奇之处

“目前来看,量子保密通信是最安全的通信方式,量子的不可分割、不可复制,而且是‘一次一密’,所以无法被窃听窃取。”中国电信上海公司总师室相关人士对记者表示。

量子为何不可分割?众所周知,量子是最小的能量单位,这是量子物理学的基本原理。所有的微观粒子包括分子、原子、电子、光子,它们都是量子的一种表现形态。比如光量子是构成光的最基本单元,是光能的最小能量单位,已经无法再分割。

除了不可分割,量子物理学还有一项基本原理:测不准定律。在经典力学中,物体在某一时刻有着确定的状态,比如说某人正在开车,速度多少、具体位置信息通过测量都是确定的,或者说某人某个时刻在北京,那么他就不会出现在上海。但在神奇的量子世界中却不是这样。简单来说,你不可能同时知道一个量子的位置和速度信息,因为对位置信息测量的越精确,速度测量就会越不精确,反之亦然。所以说,如果不是事先知道单个量子状态,想要在后期通过测量读取量子状态信息是不可能的,不能读取也就不能复制。

量子不可分割、不可复制的特性,使得它在传递密钥过程中具有很高的安全性。

比如甲乙双方进行安全通信,因为不可分割的特性,窃密者无法将单光子切割成两部分,让其中一部分继续传送,而对另一部分进行状态测量获取密钥信息;因为不可复制,窃密者在截取单光子后,也无法测量其状态,然后根据测量结果复制新光子发送给接收方。

任何的窃听、复制、测量行为,都会改变量子状态,从而被通信双方所获知,知道有人在“图谋不轨”。“知道有人窃听后,我们可以通过其他的线路来进行传输,比如从A地到B地,有好几条公路,知道一条路上存在风险,可以换其他路。”一位业内人士表示。

应用开始普及

对很多人来说,量子保密通信仍是高大上的新鲜事物,但实际上,它在国内已经开始得到应用。

业内人士介绍,量子保密通信技术的实际应用分三步走,一是通过光纤实现城域量子通信网络;二是通过量子中继器实现城际量子通信网络;三是通过卫星中转实现可覆盖全球的广域量子通信网络。现在,国内多个省市已经迈出第一步,已建或者正在建设城域量子通信网络,而随着“墨子号”升空及后续更多量子通信卫星的发射、“京沪干线”大尺度光纤量子通信骨干网在年底的建成,第二步和第三步也正在推进过程中。

在量子保密通信应用领域,我国走在了世界前列。2012年,合肥城域量子通信试验示范网正式建成。2013年,济南建立量子保密通信城域试验网,山东省数十个省直机关事业单位、金融机构率先尝试了量子加密通信,实现了语音电话、传真、文本通信和文件传输等量子保密传输业务。在上海,一年多前初启动建设量子保密通信上海总控及大数据服务中心、陆家嘴金融量子保密通信应用示范网。总控中心是“京沪干线”等重大项目量子通信网络的管理、监控、控制和展示中心,负责全网监察和运维指挥。

连接北京和上海的千公里光纤量子通信骨干网工程“京沪干线”正是城际量子通信网络,全程2000多公里,从北京出发,经过济南、合肥到达上海。“未来十年,在‘京沪干线’的基础上,建设多横多纵的量子保密通信国家骨干网络基础设施,支撑构建完全自主可控的信息通信体系,全面服务于国家信息安全战略。”一名业内人士介绍。

量子保密通信网络不仅是从城域扩展到城际,随着卫星的上天,未来将形成星地一体的广域量子保密通信网络。

中国电信先行一步

目前,国内量子保密通信产业化进程推进迅速,越来越多的科研机构、企业加入到产业链当中,电信运营商就是其中的重要力量。

中国电信是运营商中的先行者,早在2014年11月,中国电信上海公司(上海电信)就与国内首家从事量子信息技术产业化的创新型企业国盾量子公司合作,共同参与上海量子通信产业园(一期)项目陆家嘴金融量子保密通信应用示范网建设。去年11月,上海电信正式启用“未来网络实验室”,打造面向未来网络的技术研究、开放合作平台及试验基地,量子保密通信是其中重要部分,上海电信借此研究和推进量子保密新技术、新产品的落地。在今年6月举行的上海世界移动大会上,上海电信还联手国盾量子展示了量子保密通信应用,在现场参观的工信部总工张峰与上海电信总师室负责人利用量子保密通信系统进行了实时通话,张峰称量子保密通信是目前最前沿的技术,希望电信继续取得突破。

量子保密通信未来的市场空间无疑是广阔的,它不仅可用于军事、国防安全,还可用于涉及秘密数据、票据以及证券、保险、银行、工商、地税、财政等领域,用来传递对安全性要求高的数据,市场需求巨大。以银行为例,去年初,工商银行采用量子保密通信技术在同城间传输工行北京分行电子档案信息。而且,未来量子保密通信在个人领域也会大规模使用,届时每个人的手机都会有量子加密芯片,进行银行转账、密码输入等涉密操作时,不用担心被盗用或者攻击。方正证券的研报称,三五年内,量子通信市场规模有望达到100-130亿,未来将达到千亿规模。

运营商在光纤、IDC机房、用户资源方面有着深厚积累,这为其在量子保密通信领域拓展打下良好基础,有助于提升运营商在网络安全领域的竞争力,开拓新的蓝海。


责任编辑:钟慧
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