《電子技術(shù)應(yīng)用》
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量子保密通信成通信圈“網(wǎng)紅” 背后的秘密你知道多少

2016-09-22

  8月中旬“墨子號”科學(xué)實驗衛(wèi)星的成功發(fā)射,讓量子通信成為迅速躥紅的“網(wǎng)紅”,很多普通人都知道了這一高大上的事物。

  “墨子號”升空意義的確重大,使我國在世界上首次實現(xiàn)衛(wèi)星和地面之間的量子通信,構(gòu)建天地一體化的量子保密通信與科學(xué)實驗體系。除了“墨子號”,國內(nèi)量子通信在今年還會有一項“壯舉”,那就是“京滬干線”大尺度光纖量子通信骨干網(wǎng)年底前將建成并驗收。

  目前來看,量子通信主要有兩個應(yīng)用方向,一是取代傳統(tǒng)的介質(zhì)(比如光纖),直接用量子技術(shù)傳送信息,二是信息本身仍是通過光纖等來傳送,但使用量子技術(shù)傳遞密鑰,這就是量子保密通信。前一種應(yīng)用尚有諸多技術(shù)難關(guān)等待攻克,而后一種技術(shù)方案較為成熟,量子保密通信目前具備產(chǎn)業(yè)化條件?,F(xiàn)在國內(nèi)一些地方已經(jīng)建立量子保密通信試驗網(wǎng),產(chǎn)業(yè)鏈日益壯大,包括電信運(yùn)營商也都積極參與其中,從而提升國內(nèi)信息安全水平,為下一代國家主權(quán)信息安全生態(tài)系統(tǒng)打下基礎(chǔ)。

  “網(wǎng)紅”的神奇之處

  “目前來看,量子保密通信是最安全的通信方式,量子的不可分割、不可復(fù)制,而且是‘一次一密’,所以無法被竊聽竊取。”中國電信上海公司總師室相關(guān)人士對記者表示。

  量子為何不可分割?眾所周知,量子是最小的能量單位,這是量子物理學(xué)的基本原理。所有的微觀粒子包括分子、原子、電子、光子,它們都是量子的一種表現(xiàn)形態(tài)。比如光量子是構(gòu)成光的最基本單元,是光能的最小能量單位,已經(jīng)無法再分割。

  除了不可分割,量子物理學(xué)還有一項基本原理:測不準(zhǔn)定律。在經(jīng)典力學(xué)中,物體在某一時刻有著確定的狀態(tài),比如說某人正在開車,速度多少、具體位置信息通過測量都是確定的,或者說某人某個時刻在北京,那么他就不會出現(xiàn)在上海。但在神奇的量子世界中卻不是這樣。簡單來說,你不可能同時知道一個量子的位置和速度信息,因為對位置信息測量的越精確,速度測量就會越不精確,反之亦然。所以說,如果不是事先知道單個量子狀態(tài),想要在后期通過測量讀取量子狀態(tài)信息是不可能的,不能讀取也就不能復(fù)制。

  量子不可分割、不可復(fù)制的特性,使得它在傳遞密鑰過程中具有很高的安全性。

  比如甲乙雙方進(jìn)行安全通信,因為不可分割的特性,竊密者無法將單光子切割成兩部分,讓其中一部分繼續(xù)傳送,而對另一部分進(jìn)行狀態(tài)測量獲取密鑰信息;因為不可復(fù)制,竊密者在截取單光子后,也無法測量其狀態(tài),然后根據(jù)測量結(jié)果復(fù)制新光子發(fā)送給接收方。

  任何的竊聽、復(fù)制、測量行為,都會改變量子狀態(tài),從而被通信雙方所獲知,知道有人在“圖謀不軌”?!爸烙腥烁`聽后,我們可以通過其他的線路來進(jìn)行傳輸,比如從A地到B地,有好幾條公路,知道一條路上存在風(fēng)險,可以換其他路。”一位業(yè)內(nèi)人士表示。

  應(yīng)用開始普及

  對很多人來說,量子保密通信仍是高大上的新鮮事物,但實際上,它在國內(nèi)已經(jīng)開始得到應(yīng)用。

  業(yè)內(nèi)人士介紹,量子保密通信技術(shù)的實際應(yīng)用分三步走,一是通過光纖實現(xiàn)城域量子通信網(wǎng)絡(luò);二是通過量子中繼器實現(xiàn)城際量子通信網(wǎng)絡(luò);三是通過衛(wèi)星中轉(zhuǎn)實現(xiàn)可覆蓋全球的廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)在,國內(nèi)多個省市已經(jīng)邁出第一步,已建或者正在建設(shè)城域量子通信網(wǎng)絡(luò),而隨著“墨子號”升空及后續(xù)更多量子通信衛(wèi)星的發(fā)射、“京滬干線”大尺度光纖量子通信骨干網(wǎng)在年底的建成,第二步和第三步也正在推進(jìn)過程中。

  在量子保密通信應(yīng)用領(lǐng)域,我國走在了世界前列。2012年,合肥城域量子通信試驗示范網(wǎng)正式建成。2013年,濟(jì)南建立量子保密通信城域試驗網(wǎng),山東省數(shù)十個省直機(jī)關(guān)事業(yè)單位、金融機(jī)構(gòu)率先嘗試了量子加密通信,實現(xiàn)了語音電話、傳真、文本通信和文件傳輸?shù)攘孔颖C軅鬏敇I(yè)務(wù)。在上海,一年多前初啟動建設(shè)量子保密通信上海總控及大數(shù)據(jù)服務(wù)中心、陸家嘴金融量子保密通信應(yīng)用示范網(wǎng)??偪刂行氖恰熬删€”等重大項目量子通信網(wǎng)絡(luò)的管理、監(jiān)控、控制和展示中心,負(fù)責(zé)全網(wǎng)監(jiān)察和運(yùn)維指揮。

  連接北京和上海的千公里光纖量子通信骨干網(wǎng)工程“京滬干線”正是城際量子通信網(wǎng)絡(luò),全程2000多公里,從北京出發(fā),經(jīng)過濟(jì)南、合肥到達(dá)上海。“未來十年,在‘京滬干線’的基礎(chǔ)上,建設(shè)多橫多縱的量子保密通信國家骨干網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施,支撐構(gòu)建完全自主可控的信息通信體系,全面服務(wù)于國家信息安全戰(zhàn)略?!币幻麡I(yè)內(nèi)人士介紹。

  量子保密通信網(wǎng)絡(luò)不僅是從城域擴(kuò)展到城際,隨著衛(wèi)星的上天,未來將形成星地一體的廣域量子保密通信網(wǎng)絡(luò)。

  中國電信先行一步

  目前,國內(nèi)量子保密通信產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程推進(jìn)迅速,越來越多的科研機(jī)構(gòu)、企業(yè)加入到產(chǎn)業(yè)鏈當(dāng)中,電信運(yùn)營商就是其中的重要力量。

  中國電信是運(yùn)營商中的先行者,早在2014年11月,中國電信上海公司(上海電信)就與國內(nèi)首家從事量子信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的創(chuàng)新型企業(yè)國盾量子公司合作,共同參與上海量子通信產(chǎn)業(yè)園(一期)項目陸家嘴金融量子保密通信應(yīng)用示范網(wǎng)建設(shè)。去年11月,上海電信正式啟用“未來網(wǎng)絡(luò)實驗室”,打造面向未來網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)研究、開放合作平臺及試驗基地,量子保密通信是其中重要部分,上海電信借此研究和推進(jìn)量子保密新技術(shù)、新產(chǎn)品的落地。在今年6月舉行的上海世界移動大會上,上海電信還聯(lián)手國盾量子展示了量子保密通信應(yīng)用,在現(xiàn)場參觀的工信部總工張峰與上海電信總師室負(fù)責(zé)人利用量子保密通信系統(tǒng)進(jìn)行了實時通話,張峰稱量子保密通信是目前最前沿的技術(shù),希望電信繼續(xù)取得突破。

  量子保密通信未來的市場空間無疑是廣闊的,它不僅可用于軍事、國防安全,還可用于涉及秘密數(shù)據(jù)、票據(jù)以及證券、保險、銀行、工商、地稅、財政等領(lǐng)域,用來傳遞對安全性要求高的數(shù)據(jù),市場需求巨大。以銀行為例,去年初,工商銀行采用量子保密通信技術(shù)在同城間傳輸工行北京分行電子檔案信息。而且,未來量子保密通信在個人領(lǐng)域也會大規(guī)模使用,屆時每個人的手機(jī)都會有量子加密芯片,進(jìn)行銀行轉(zhuǎn)賬、密碼輸入等涉密操作時,不用擔(dān)心被盜用或者攻擊。方正證券的研報稱,三五年內(nèi),量子通信市場規(guī)模有望達(dá)到100-130億,未來將達(dá)到千億規(guī)模。

  運(yùn)營商在光纖、IDC機(jī)房、用戶資源方面有著深厚積累,這為其在量子保密通信領(lǐng)域拓展打下良好基礎(chǔ),有助于提升運(yùn)營商在網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域的競爭力,開拓新的藍(lán)海。


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