海水量子通信简介
基于光纤和卫星的量子通信已被证明可行，那么，海面之下是否也可以进行量子通信呢？近日，中国科学家成功进行了首个海水量子通信实验，向未来建立水下及空海一体量子通信网络迈出重要一步。
从人类战争史来看，新技术几乎总是最先运用在军事方面。也因此，海水量子通信实验成功后，立即被军事爱好者“应用”到了潜艇上，成为热门话题。那么，海水量子通信到底有什么军事意义呢？它将引起什么样的军事技术变革呢？安全与军事战略研究中心教授B在接受科技日报A采访时表示，“可以肯定，一旦水下量子通信实现工程化，将会彻底颠覆潜艇通信指挥乃至作战方式。在军事上除了主要用于潜艇通信外，还可以用于海底光缆通信、联合作战的空海一体通信以及蛙人特战通信和水下救援、水下作业通信等方面。”
资料显示，水对无线电波的衰减或吸收非常严重，尤其是对波长越短（频率越高）的无线电波，像短波和微波等，要穿透海水里几米的距离都很难，而极长波在水中的传播距离也不过300—500米。
B介绍，如岸对潜通信，采用的无线电信号波长要很长（超长波、极长波等），潜艇才能不上浮，而在水中较深的地方收到通信信号，但这会使通信带宽很窄、速率很低、容量很小，只能采用振铃通信方式接收岸上发送的信息，即按照事先约定进行定时、定点的单向通信。基本上每次都要更换密码，且沿岸要部署很多的通信站点。它们的发射功率很高、天线体积庞大，这在战时很容易遭受攻击，致使对潜艇的通信指挥可靠性难以得到有效保障。
“因此，水下通信无论采用哪种方式，都比陆上通信要难得多。受水下无线电传输距离的限制，水下始终是通信的禁区，通信也就成为制约潜艇性能发挥的一个世界性难题。相对陆地所用的丰富多样、日新月异的通信手段来说，目前对潜艇通信和作战指挥采用的通信方式大都是无奈之举，所以总体乏善可陈。”他说。
“不过，近年来，美国、俄罗斯、澳大利亚和加拿大等国一直在研究的蓝绿激光通信，倒是有很多优势。海水对光波波段中0.45至0.55微米范围内的蓝绿光衰减较小，它可以作为水中的通信窗口，从而通过卫星和飞机构建蓝绿激光
通信系统，可实现对深达700米左右的潜艇进行通信，基本能克服上述岸对潜通信方式存在的主要问题，是未来很有希望的水下通信手段。”B指出，“特别是，蓝绿激光通信也是水下量子通信的重要基础。”
A了解到，当前潜艇通信保密采用的主要还是传统的数学加密方式，基本是以潜艇出海执行任务之前所设计好的编码或“密钥”来进行加密，每次通信使用的密钥均不同。但此种加密方式无疑比较麻烦、不便管控，存在被获取和破解的风险。
而量子通信较经典通信来说，具有无法比拟的安全性和高效性。比如，量子加密的密钥是随机的，即使被窃取者截获，也无法得到正确的密钥，因此无法破解信息；同时，如果有人试图拦截通信信息，将立刻改变粒子的量子态，使收发方测得这种干扰，并停止通信，进而保证通信的安全性。
因此，如果能在水下实现量子通信，通信距离和安全性都能获得质的提升，无疑将极大地强化对潜艇的指挥控制，并颠覆未来的海战模式。
“现在中国研究人员初步试验和证实了这种水下量子通信的可行性，这是一个了不起的突破性成果。”B指出，“当然，水下量子通信目前的研究和试验只是一个开始，量子通信本身还远未商业化，再加上水下量子通信所依赖的蓝绿激光通信技术也远未成熟，所以它还无法很快投入应用，未来需要做的工作很多。”
量子保密通信案例介绍 1、金融领域 通过与中国人民银行和中国银监会合作，开展了金融行业量子保密通信应用，包括同城数据备份和加密传输、网上银行加密、异地灾备、监管信息采集报送、人民币跨境收付系统应用等，并在银行、证券、期货、基金等行业成功开展了应用示范。特别是银行业，已经形成了一批典型示范用户，包括工商银行、中国银行、建设银行、交通银行等国有大型商业银行，民生银行、浦发银行等全国性股份制商业银行及北京农商行等其他商业银行。 中国银监会组织的京沪干线量子保密通信应用在同城数据备份和加密传输应用方面，工商银行、交通银行、北京农商行，浦发银行、民生银行、东方证券、国泰君安期货、华安基金等金融机构已经常态化应用。
在网上银行加密方面，交通银行、工商银行已经常态化应用。2017年2月，交通银行首次把量子保密通信技术应用于企业网银用户的实时交易，通过量子保密通信的高安全性保障客户对资金安全的高要求，标志着量子保密通信从服务银行内部数据安全向为第三方客户提供高等级安全服务跃迁。 在异地灾备方面，交通银行、中国银行、工商银行已常态化应用。2017年2月工商银行率先基于“两地三中心”的数据中心体系，利用量子保密通信技术，将工商银行网上银行业务数据从北京西三旗数据中心通过量子保密通信技术实时传输到上海嘉定和外高桥数据中心。 工商银行异地灾备量子保密通信应用 在监管信息采集报送方面，中国银监会将量子保密通信技术应用于银监会与各相关银监局、各相关银行之间的监管信息数据采集报送系统。2015年7月，银监会与民生银行、银监会与北京银监局之间的监管信息采集系统建设完成并投产。该系统每日进行一次报送，每
基于团簇态的量子安全直接通信理论研究 量子安全直接通信是一种新颖的量子通信模式,其最大的特点是在量子信道中直接传输秘密信息,具有高安全性、高容量等优点。自2000年量子安全直接通信的概念被提出以来,量子安全直接通信得到了快速的发展。量子纠缠在量子安全直接通信中起着重要作用,根据量子纠缠的关联性和不可克隆性原理,利用不 同的纠缠态和不同的方法完成量子通信。团簇态拥有最大联通性和持续纠缠性,把团簇态用于量子通信在理论上无疑优越于其他的纠缠态,有利于确保量子通信、计算的有效性和正确性。 提出了一种基于四粒子团簇态的量子安全直接通信协议,实现了4比特秘密信息的传输。同时,恢复秘密信息时为解密出秘密信息又提出了一种对四粒子系统的一组测量基进行测量区分的方法,即把对4粒子测量基矢的区分转化为对2 粒子进行联合测量即可。安全性分析证明该协议可有效抵抗截获-重发攻击、截获-测量攻击、纠缠-测量攻击等。除去用于检测窃听的粒子,理想情况下,协议的量子比特效率接近于1。 该协议不需要对量子态进行纠缠交换等复杂操作,初态无需保密,减少了传 输过程的复杂性。提出了一种基于五粒子团簇态的量子安全直接通信协议,实现了5比特秘密信息的传输。同时,恢复秘密信息时为解密出秘密信息又提出了一种对五粒子系统的一组测量基进行测量区分的方法,即把对5粒子测量基矢的区分转化为对2粒子进行联合Bell基和对3粒子进行联合测量即可。安全性分析证明本协议是安全的。 利用四粒子团簇态的关联性建立量子信道,提出了一种高效的基于团簇态的可控量子安全直接通信协议。协议中量子信息载体以一定数量构成的块为单位来进行传输,而且除了用于检测窃听的,所有的粒子都被用于传递信息,利用一个四粒子团簇态可以传输4比特的秘密信息,协议量子比特效率较高,安全性分析证 明本协议是安全的。
经典保密通信和量子保密通信区别 摘要：文章介绍了经典保密通信和量子保密通信区别，说明了两者的根本区别。经典保密通信安全性主要是依赖于完全依赖于密钥的秘密性，很难保证真正的安全。而量子密码通信是目前科学界公认唯一能实现绝对安全的通信方式，其主要依赖于基本量子力学效应和量子密钥分配协议。最后分析量子保密通信的前景和所要解决的问题。 关键词:量子通信、经典保密通信、量子保密通信、量子通信发展、量子通信前景 经典保密通信 一般而言，加密体系有两大类别，公钥加密体系与私钥加密体系。密码通信是依靠密钥、加密算法、密码传送、解密、解密算法的保密来保证其安全性. 它的基本目的使把机密信息变成只有自己或自己授权的人才能认得的乱码。具体操作时都要使用密码讲明文变为密文，称为加密，密码称为密钥。完成加密的规则称为加密算法。讲密文传送到收信方称为密码传送。把密文变为明文称为解密，完成解密的规则称为解密算法。如果使用对称密码算法，则K＝K’ , 如果使用公开密码算法，则K 与K’不同。整个通信系统得安全性寓于密钥之中。公钥加密体
系基于单向函数(one way function)。即给定x，很容易计算出F (x)，但其逆运算十分困难。这里的困难是指完成计算所需的时间对于输入的比特数而言呈指数增加。 另一种广泛使用的加密体系则基于公开算法和相对前者较短的私钥。例如DES (Data Encryption Standard, 1977)使用的便是56位密钥和相同的加密和解密算法。这种体系的安全性，同样取决于计算能力以及窃听者所需的计算时间。事实上，1917年由Vernam提出的“一次一密乱码本”(one time pad) 是唯一被证明的完善保密系统。这种密码需要一个与所传消息一样长度的密码本，并且这一密码本只能使用一次。然而在实际应用中，由于合法的通信双方(记做Alice和Bob)在获取共享密钥之前所进行的通信的安全不能得到保证，这一加密体系未能得以广泛应用。 传统的加密系统，不管是对密钥技术还是公钥技术，其密文的安全性完全依赖于密钥的秘密性。密钥必须是由足够长的随机二进制串组成，一旦密钥建立起来，通过密钥编码而成的密文就可以在公开信道上进行传送。然而为了建立密钥，发送方与接收方必须选择一条安全可靠的通信信道，但由于截收者的存在，从技术上来说，真正的安全很难保证，而且密钥的分发总是会在合法使用者无从察觉的情况下被消极监听。 量子保密通信 量子密码学的理论基础是量子力学，而以往密码学的理
我国量子通信行业发展现状 2015年12月11日，欧洲物理学会新闻网站“物理世界”公布了2015年度国际物理学领域的十项重大突破，中国科学院院士潘建伟和陆朝阳等完成的科研成果“多自由度量子隐形传态”入选并名列榜首。 事实上，中国的量子通信技术已经达到世界顶尖水平，领先欧美国家不止一个身位。2016年，世界上第一条量子通信保密干线——“京沪干线”将正式建成，同时，由中国科学家自主研发的世界首颗“量子科学实验卫星”也是发射在即。安信证券分析师李伟认为，2016年将是量子通信规模应用元年。 虽然科研水平高于欧美，但在国外，量子信息的研究主要是由Google、IBM、微软等科技巨头承担，中国急需一批企业将科研成果应用到商业市场上。2015年10月，阿里云与中科院旗下国盾量子在2015云栖大会上联合发布量子加密通信产品，随后又与中国科技大学等单位成立“中国量子通信产业联盟”，成为量子通信商业化的领跑者。 国内企业和研究机构加强合作，共同推进产业化。我国从事量子计算实验研究的主要单位是中国科技大学、清华大学、国防科技大学、南京大学和中国科学院武汉物理数学研究所等。2015年7月30日，阿里云与中科院在上海联合创立量子计算实验室，研究量子安全，计算领域。2015年8月31日，蓝盾科技晚间发布公告称，公司与华南师范大学信息光电子科技学院签署了《共建量子密码技术联合实验室框架协议》，双方拟共同筹建量子密码技术联合实验室。2015年11月13日，中航工业与中国科大共建量子技术研发中心。 我国量子通信行业项目建设情况 广域量子通信网络建设分三步走：（1）通过光纤—构建城域量子通信网络；（2）通过加中继器—构建城际网络；（3）通过卫星—实现洲际、星际网络。 2012年2月，由中国科学技术大学和安徽量子通信技术有限公司与合肥市合作的城域量子通信实验示范网建成并进入试运行阶段，使合肥市成为全国乃至全球首个拥有规模化量子通信网络的城市。 2013年11月“济南量子通信试验网”投入使用。这是我国第一个以承载实际应用为目标的大型量子通信网，覆盖济南市主城区，包括三个集控站在内共56个节点，涵盖政务、金融、政府、科研、教育等五大领域。 随着量子通信城域网络在中国的迅速发展，越来越多的城市拥有自己的量子通信专网，上海、杭州、广州、深圳、乌鲁木齐等城市也在加紧建设量子通信城域网。为了连接各城市城域网，城际量子通信网络也将逐步建设。计划2016年建成的“京沪干线”将连接北京、济南、合肥、上海、杭州，全长2025公里，提供4城市间网状8Gbps加密应用数据传输业务，总带宽设计100G，总投资额5.6亿元人民币，首批客户
量子保密通信系统及其关键技术的研究 【摘要】：量子信息学的研究发现，如果能通过量子态编码来传送密码信息的话，那么依据量子力学不确定性原理，任何对量子载体的测量或复制行为都将改变原量子态。这为我们提供了一种主动发现窃听者的方法，即量子保密通信。与任何传统密码术都不同的是，它借助于自然法则的威力，从根本上杜绝了非法窃听的可能性，将为人们提供一种“无条件”的安全通信方法。本文工作致力于量子保密通信技术初步实用化的研究，目标是探索量子密钥分发的新方案与新技术，并完成长距离长期稳定的光纤型量子密钥分发系统。在量子密钥分发方案研究方面，我们主要着力于提高保密通信的稳定性和成码率。因而我们首先提出了基于Sagnac干涉仪的量子保密通信方案。该方案巧妙地使用了环形光路的结构，不借助任何主动或被动元件就可以自动补偿相位抖动；采用分时相位调制技术控制单光子干涉，密码交换方法简单可靠。是目前为数不多的利用双向自动补偿而实现稳定传输密钥的长距离保密通信方案之一。本论文还提出了法拉第反射镜与相位差分方案结合(“PhlgPlay”+DSP)的量子密钥分发方案。该方案通过相位调节伺服系统和往复光路补偿技术，能够有效地克服单光子单向传输过程中的相位抖动和偏振模式色散(PMD)等问题，具有高稳定性；并结合Yamamoto等人提出的相位差分编码方法，能够实现高达2／3的密钥成码率。该方案还具有很强的可扩展性。在不改变总体结构的情况下，仅仅通过增加部分光路元件的方法就可以使密钥成码效率提
高到(n-1)／n(n=3，4，5，…)，是一种有潜力的新方案。围绕量子保密通信系统的研究，我们发展了一系列关键性的技术。在单光子探测方面，我们提出了多种单光子探测的技术方案。解决了APD光纤耦合、低温制冷控温(-50℃--110℃)等技术难题，研制出实用化的单光子探测器，并成功应用于单光子干涉实验和量子保密通信系统中，为红外单光子信息处理等领域提供了高灵敏的探测手段。其核心指标，暗计数率与量子效率的{确要比值(Pd/几)超过商售同类产品一个数量级。为解决相位差分编码方案中时间信息检测的问题，找们提出了一种基于多重探测门(multi一gate)的单光子11寸序检测器(Timediseriminator)。一般认为，山于InGaAS雪崩光电二极管的后脉冲发生机率较大，不适于快速的时间探测。而实验中我们恰恰不lJ 用了发生在{i汀后相继的多个脉冲门中的后脉冲来帮助识别单光子时间信息，为近红外单光子时序检测提供了一种有效方法。在单光子十涉和单光子操控的研究中，我们提出并实现了华十光纤S雌11ac 干涉仪的长距离单光子干涉和单光子路山实验。在50公啾的光纤环路中获得的单光子干涉可见度达到95%;基于s雌11ac二卜涉仪的长距离单光子路山器有望应运于单光子量子信息研究。我们还发展了偏振量子随机源技术，首次将USBZ.O数据接口应用于高速光量子真随机信号发生器，实现了“即插即用”的功能。该系统使用简便，随机码的采样速率可达SMHZ，随机数的序列相关性达到10一“量级，单字节嫡值不小于7.99;将为量子保密通信的安全性提供有力保障。该随机信号发生器也适用于经典密码学和模拟计算等其它领域。最后，采
浅谈我国量子通信技术的发展现状及未来 趋势 量子通信具有超强安全性、超大信道容量、超高通信速率、超高隐蔽性等特点，其发展历经30余年，在理论上日益成熟，技术方案已逐渐从实验室走向了实用化，我国在量子通信技术领域也取得了丰硕成果。 【关键词】量子通信技术；发展现状；未来趋势 【Abstract】The quantum communication has the characteristics of super security，large channel capacity，super high communication speed and ultrahigh concealment. After 30 years of development，it has matured theoretically，and the technical scheme has gradually moved from the laboratory to the practical. Quantum communication technology has also achieved fruitful results. 【Key words】Quantum communication technology；Development status；Future trend 量子通信是利用量子纠缠效应改变量子态，从而实现信息传递的一种新型的通信方式，它是量子论和信息论相结合的新研究领域。量子通信具有超强安全性、超大信道容量、超高通信速率、超高隐蔽性等特点，其发展历经30余年，在理论上日益成熟，技术方案已逐渐从实验室走向了实用化，我国在量子通信技术领域也取得了丰硕成果。
量子保密通信实验 引言 自古以来,人们就希望各种保密的信息能安全地交流,于是便发明了各种密码术。但是随着加密方法的公开和科技的发展,各种加密方法都面临着被轻易破解的危险:如古老的凯撒密码就可以通过字频分析结合穷举法实现破解;而现在应用的最为广泛的RSA公钥密码体系理论上已被证明可以用Shor算法实现破解。迄今为止,只有一次一密的加密方案在理论上被证明是理想安全的。随着信息安全日趋重要,怎样保密通信已成为当今最为紧迫的问题之一。一次一密的加密方案安全性毋庸置疑,然而如何找到一条安全的途径,实现大量的密钥分发又成为一个关键的问题。于是基于量子不可克隆定理的量子密码学应运而生。量子密码学不仅是一门科学,而且是一门精巧的通信艺术。通过量子密码实验系统,不仅可以让我们直观的理解BB84协议和了解量子保密通信,并且可以进一步以此作为平台,进行一系列的科学研究。 实验目的 1. 学习使用BB84协议实验中常用的仪器设备 2. 理解量子保密通信实验中BB84协议理论 3. 观测量子保密通信实验中的成码率，误码率，加密解密效果 实验原理 BB84协议是Charles H. Bennett 与 Gilles Brassard 1984年提出的描述如何利用光子的偏振态来传输信息的量子密钥分发协议:发送方Alice和接收方Bob用量子信道(如果光子作为量子态载体,对应的量子信道就是传输光子的光纤)来传输量子态；同时双方通过一条公共经典信道(比如因特网)比较测量基矢和其他信息交流,进而两边同时安全地获得和共享一份相同的密钥。 BB84协议基本条件首先是拥有一个量子信号源，并可以随机地调制产生两套基矢总共四种不同的量子态信号；其次，调制后的量子信号可以通过一个量子信道如光纤或者自由空间来进行传输；再次，接受到的量子信号可以被有效地测量，其中测量所用的基矢也是随机选择的，同时需要一个辅助的经典公共信道可以传输经典的基矢对比等信息。另外该经典公共信道要求是认证过的，任何窃听者虽
中国量子通信行业发展问题及建议分析 一、行业认识误区 中投顾问在《2016-2020年中国量子通信行业深度调研及投资前景预测报告》中提到，由于量子通信有广义、狭义之分，因此公众在认识和理解量子通信时容易产生混淆和误解。而一些媒体在报道时的过度渲染，也使人们对量子通信的认识产生了一些误区。 误区一：与经典通信彻底决裂 不管是量子密钥分发，还是量子隐形传态，从二者的设计方案可知，它们均未脱离经典通信的方式。量子密钥分发只是负责产生和分发通信需要的密钥，而真正的信息经由加密生成的密文，必须通过经典信道进行传输。在量子隐形传态中，同样也要用经典信道将测量的信息传送出去，经典信息与量子信息联合起来才能实现量子隐形传态。所以，将量子通信与经典通信彻底决裂的理解是不正确的。 误区二：超时空传物 量子通信是利用了光子等粒子的量子纠缠现象。爱因斯坦将量子纠缠所隐含的量子非定域性称为“幽灵般的超距作用（spooky action at a distance）”。近几年不断在实验中得以实现的量子隐形传态，很容易使人误以为物体的超时空传送将有望实现。事实上，在量子隐形传态的实验中，超时空传输的仅仅是信源光子的量子态，而并非光子本身。接收方只是让另一个不同的光子变成信源光子状态的复制品，这与超时空传物有本质区别。 误区三：超光速 同样由于神奇的量子纠缠效应，在量子隐形传态过程中，纠缠的粒子间的状态改变是瞬间发生的，有人甚至推测得出其速度超过光速10000倍。然而，由于此过程中仍有经典信息传输的参与，接收方还需要这个经典信息对量子态进行操作才能最终得到信源量子态的复制品，因此基于量子隐形传态的量子通信仍旧受限于经典信息的传输速度，它也并不是人类梦想实现的超光速之旅。 以上是人们对于量子通信在认识和理解上几个最典型的误区。澄清这些误区，有助于社会公众更加客观地认识和理解量子通信，让量子通信技术能更好、更快地为人们所接受，从而利于在较大的范围推广和应用，同时也有益于量子通信产业的健康发展。 二、发展对策建议 中投顾问在《2016-2020年中国量子通信行业深度调研及投资前景预测报告》中表示，量子通信是关系到国家信息安全的战略性技术和产业，发展潜力巨大。在推进量子通信实用化方面，我国已走在世界前列。 中投顾问·让投资更安全经营更稳健
中投顾问产业研究中心 中投顾问·让投资更安全 经营更稳健 我国量子通信行业军事国防应用分析 量子通信在军事领域的应用主要在四个方面： 一是能够应用于通信密钥生成与分发系统。这种密钥生成与分发系统具有向未来战场覆盖区域内任意两个用户分发量子密钥的能力，由此可以构成作战区域内机动的安全军事通信网络。在部署方式方面，可以以现有的军事通信系统网络为基础，通过天基平台部署量子通信密钥生成与分发系统。 二是能够应用于军事中的信息对抗。量子通信可用来改进目前军用光网信息传输保密性，使军方的信息保护和信息对抗能力得到增强。量子通信能用于信息对抗的原因是由于光量子密码的“不可破”和“窃听可知性”性，以及光量子加密设备可与现在的光纤通信设备融合的能力。 三是能够应用于深海安全通信。量子通信的优点在于量子通信光量子隐形传态与传播媒质无关，因此量子通信能克服现在在海洋军事中长波通信系统，系统庞大、抗毁性差等问题，可成为深海安全通信的有效手段，为远洋深海安全通信提供了新的一种可靠选择。 四是在构建超光速信息网络的作用。可以利用量子隐形传态以及超大信道容量、超高通信速率和信息高效率等特点，满足军事信息网络对大容量、高速率传输处理及按需共享能力的需要，从而建立满足军事特殊需求的超光速军事信息网络。 中投顾问在《2017-2021年中国量子通信行业深度调研及投资前景预测报告》中指出，量子通信在军事专网的应用中，可以用于构建军事办公通信网、战区间安全通信网和军用通信指挥控制专网等。其中，军用通信指挥控制专网（C4ISR ）是现代军队的神经中枢，中国仍处于建设初期，未来3年我国军用通信指挥控制专网的投资年复合增长率将超过25%，2018年投资额将达到1440亿元。考虑到量子通信作为一种被证明原理上绝对安全的通信方式，将逐步替代传统的加密方式，分享C4ISR 的投资份额。
Computer Science and Application 计算机科学与应用, 2018, 8(10), 1628-1641 Published Online October 2018 in Hans. https://www.doczj.com/doc/981298806.html,/journal/csa https://https://www.doczj.com/doc/981298806.html,/10.12677/csa.2018.810179 Development Analysis on Global Quantum Secure Communication Network Feifan Chen1, Xinyu Hu1, Yinghao Zhao1, Yongzhan Hu2, Zhengzheng Yan1, Hongxin Li1,3 1PLA Strategic Support Force Information Engineering University, Luoyang Henan 2Zhengzhou Audit Center, Zhengzhou Henan 3State Key Laboratory of Cryptology, Beijing Received: Oct. 7th, 2018; accepted: Oct. 22nd, 2018; published: Oct. 30th, 2018 Abstract With the popularization of international Internet technology and the rapid development of quantum information technology, the construction of quantum secure communication networks (QSCN) has received extensive attention and the strategic significance of developing quantum secure commu-nication technologies is becoming more and more important. This paper introduces and analyzes the construction of QSCN in major quantum R & D countries and regions such as the United States, the European Union, Japan and China around the world over the past decade in details. It re-searches and compares the pivotal technology used in the construction of typical QSCN. And the development trends and characteristics of future QSCN are summarized and forecasted. Keywords Quantum Cryptography, Quantum Private Communication, Quantum Communication Network, Quantum Key Distribution 全球量子保密通信网络发展研究 陈非凡1，胡鑫煜1，赵英浩1，胡勇战2，闫争争1，李宏欣1,3 1中国人民解放军战略支援部队信息工程大学，河南洛阳 2郑州审计中心，河南郑州 3密码科学技术国家重点实验室，北京 收稿日期：2018年10月7日；录用日期：2018年10月22日；发布日期：2018年10月30日 摘要 随着国际互联网技术的普及和量子信息技术的飞速发展，量子保密通信网络建设受到了广泛关注，发展
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/981298806.html, 浅析量子保密通信技术及应用 作者：詹晓丹 来源：《科技信息·下旬刊》2018年第01期 摘要：量子保密通信相比传统通信拥有诸多优势，具有绝对安全和保密属性，是安全信息传输的终极解决方案，越来越受到国家、行业、企业的重视与关注，并逐步成为具有顶层战略意义的重要领域和发展方向。目前，我国量子保密通信技术和产业化已处于世界领先水平。本文将围绕量子保密通信技术原理、量子保密通信主要产品、组网和典型应用案例等几方面展开，进行阐述与介绍。 关键词：技术概述；主要产品；应用案例 引言 伴随着我国经济的飞速发展和综合国力的不断提高，高速、安全数据传输的需求正在不断增长。量子保密通信技术克服了传统信息安全技术内在的安全隐患，是目前唯一的安全性得到严格证明的通信安全技术，也是目前唯一实现了实用化、达到产业化水平的量子技术。 1量子保密通信技术概述 1.1 技术原理 量子保密通信是基于量子密钥分发的密码通信解决方案。其技术原理如下： （1）量子密钥分发采用单个量子（通常为单光子）作为信息载体。 （2）窃听者可以在截取单光子后测量其状态，根据测量结果发送一个新光子给接收方。但根据量子力学中的海森堡测不准原理，这个过程会引起光子状态的扰动，发送方和接收方可通过一定的方法检测到窃听者对光子的测量，从而检验他们之间所建立的密钥的安全性。 （3）量子力学的不可克隆原理，保证了未知的量子态不可能被精确复制。 （4）量子密钥分发方法自动地保证产生绝对随机的密钥，不需要第三方进行密钥的传送。 1.2 量子保密通信协议 目前最适合实用化的主流方案是基于诱骗态方案的BB84协议。诱骗态方案解决了分离光子数攻击问题，不需要单光子源，使用现有的激光源就能实现QKD，大大降低了系统的成
关于量子保密通信的综述 前言 二十世纪科学的发展，给我们人类社会带来了丰硕的成果：我们的家中拥有了电视，电话，各种型号的飞机在天空飞行，不同用途的卫星日夜环绕地球，世界上平均每三个人就有一只手机……回顾人类走过的五千年，这些伟大的发明让我们惊叹不已。在众多精灵中，电脑当之无愧为最耀眼的一个：它联接了世界的每一个角落，不分种族，不分肤色，不分信仰…一它让每个人处于信息的海洋，各种文化，思想，宗教信仰，政治观点的传播再也不为高山，大河，海洋和沙漠所阻隔。世界正变得紧密。谁也不能怀疑，电脑给我们的生活带来了明媚的阳光，但是谁也不会否认，一团乌云，信息安全问题的乌云，已经从二十世纪飘过来了，如果不能解决，这团乌云必定会给我们二十一世纪投下深深的阴影。 信息安全问题已经让处于世纪晨曦的我们焦头烂额了：我们的邮箱竟然不知何时已经与他人共享；花费了几个月，搜集各种资料做成的计划书，正在被竞争对手阅览；银行卡中辛辛苦苦积攒的蒸发了；我们自认为绝对安全的商业机密，早已进入了别人的电脑；政府的国家机密，不知道什么时候飞到了另外一个国家…一群群长着猫头鹰眼睛的人，正在黑暗的角落里对着我们神秘的微笑。 这朵乌云，已经让你我对着电脑目瞪口呆，让公司老总咆哮如雷，更让国家政府人员寝食难安…，恐怖组织让西方世界心惊，经济发展让东方世界奔忙，而信息安全让全世界头疼，赶走它，已经迫在眉睫了。因为如果不在下暴雨以前解决它，那它就注定会给这个世界带来暴风雨…，上帝神秘的盒子里，总是拥有福音：七十年前，海森堡就为我们拿到了这首曲谱，但是那时候还不能演奏它。现在，演奏它的时候到了，各种技术已经有了突破性的进展…
2014年量子通信行业 分析报告 2014年10月
目录 一、量子通信源起 (3) 二、量子通信原理 (6) 1、量子通信技术概貌 (6) 2、量子通信工作原理 (6) 3、量子通信主要形式 (8) 三、量子通信国外发展史 (9) 四、量子通信，安全为重中之重 (13) 1、量子通信的优势 (13) （1）无条件的安全性 (13) （2）传输上的高效性 (13) （3）抗干扰能力强 (14) （4）信噪比低 (14) 2、量子通信的技术局限 (14) （1）依赖传统通信手段 (14) （2）安全性与效率有一定冲突 (14) （3）存在技术瓶颈 (14) 五、国内研发现状：领跑世界 (16) 六、量子通信碰撞传统市场，替代效应待显现 (18) 1、市场份额的保守估计：以专网+公网替代为主 (19) 七、行业相关企业简况 (21) 1、安徽问天量子科技有限公司 (21) 2、安徽量子通信技术有限公司 (22) 3、中天科技 (24) 4、中信国安 (25) 八、主要风险 (25)
一、量子通信源起 量子通信，是量子力学与通信理论相结合产生的交叉学科，它利用量子力学的基本原理与特性进行通信，其信息的载体是微观粒子，例如单个光子、原子或自旋电子等。 量子通信源起于传统经典通信在安全方面的局限性。经典通信，即电信系统，指将信息承载于电磁波上进行传输。这里的电磁波可以是波长从几千千米到几纳米的无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线等。其传输路径可以是自由空间，也可以是电缆或光缆等有线载体。在传统通信中，几乎所有通信方式都无法真正避免通信内容在通信双方不知情的情况下被窃听者获取。 例如，为了尽力保证信息安全，我们在现实通信过程中会对信息进行加密。G．Vernam在1917年提出“一次一密”思想，对于明文采用一串与其等长的随机数进行加密（相异或），接收方用同样的随机数进行解密（再次异或）。这里的随机数称为密钥，其真正随机且只用一次。OTP协议已经被证明是安全的，但关键是要有足够长的密钥，必须实现在不安全的信道（存在窃听）中无条件地安全地分发密钥，这在经典领域很难做到。后来，就出现了公钥密码体制，如著名的RSA协议。在这类协议中，接收方有一个公钥和一个私钥，接收方将公钥发给发送方，发送方用这个公钥对数据进行加密，然后发给接收方，只有用私钥才能解密数据。公钥密码被大量应用着，它的安全性由数学假设来保证，即一个大数的质因数分解是一个非常困难的问
量?通信简介以及原理 中国科学家?前曾经创造了97公?的量?远距离传输世界纪录，引起轰动，不过?江后浪推前浪。新浪科技援引美国物理学家组织?的报道称，维也纳?学和奥地利科学院的物理学家凭借143公?的成绩再创了新?，朝着基于卫星的量?通讯之路迈出了重要?步。 实验中，奥地利物理学家安东-泽林格领导的??国际?组成功在加那利群岛的两个岛屿——拉帕尔玛岛和特纳利夫岛间实现量?态传输，距离达到143公?，?中国的远了46公?之多。 其实，打破传输距离并不是科学家的?要?标。这项实验为?个全球性信息?络打下了基础，在这个?络，量?机械效应能够?幅提?信息交换的安全性，进?确定计算的效率也要远远超过传统技术。在这样?个未来的“量?互联?”，量?远距传输将成为量?计算机之间信息传送的?个关键协议。 在量?远距传输实验中，两点之间的量?态交换理论上可以在相当远的距离内实现，即使接收者的位置未知也是如此。量?态交换可以?于信息传输或者作为未来量?计算机的?种操作。在这些应?中，量?态编码的光?必须能够传输相当?距离，同时不破坏脆弱的量?态。奥地利物理学家进?的实验让量?远距传输的距离超过100公?，开辟了?个新疆界。 参与这项实验的??松(Xiao-song Ma?译)表?：“让量?远距传输的距离达到143公?是?项巨?的技术挑战。”传输过程中，光?必须直接穿过两座岛屿之间的湍流??。由于两岛之间的距离达到143公?，会严重削弱信号，使?光纤显然不适合量?远距传输实验。 为了实现这个?标，科学家必须进??系列技术?新。德国加尔兴?克斯-普朗克量?光学研究所的?个理论组以及加拿?沃特卢?学的?个实验组为这项实验提供了?持。??松表?：“借助于?项被称之为‘主动前馈’的技术，我们成功完成了远距传输，这是?项巨?突破。主动前馈?于传输距离如此远的实验还是第?次。它帮助我们将传输速度提??倍。”在主动前馈协议中，常规数据连同量?信息?同传输，允许接收者以更?的效率破译传输的信号。 泽林格表?：“我们的实验展?了当前量?技术的成熟程度以及拥有怎样的实际?途。第?个?标是基于卫星的量?远距传输，实现全球范围内的量?通讯。我们在这条道路上向前迈出了重要?步。我们将在?项国际合作中运?我们掌握的技术，中国科学院的同?也会参与这项合作。我们的?标是实施?项量?卫星任务。” 2002年以来就与泽林格进?量?远距传输实验的鲁珀特-乌尔森指出：“我们的实验取得了令??舞的成果，为未来地球与卫星之间或者卫星之间的信号传输实验奠定良好基础。”处在低地球轨道的卫星距地?200到1200公?。(国际空间站距地??约400公?)乌尔森说：“在从拉帕尔玛岛传输到特纳利夫岛，穿过两岛间??过程中，我们的信号减弱了?约1000倍。不过，我们还是成功完成了这项量?远距传输实验。在基于卫星的实验中，传输数据更远，但信号穿过的??也更少。我们为这种实验奠定了?个很好的基础。”[2]
2019-2023年中国量子通信行业预测分析 2019-2023年中国量子通信行业影响因素分析 一、有利因素 （一）政策加码及推进 2016年12月，国务院印发《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》，把量子通信提升至国家战略高度，将其作为重要战略新兴产业方向和体现国家战略意图的重大科技项目。2017年5月，科技部、教育部、科学院、国家自然科学基金委员会联合发布《关于印发“十三五”国家基础研究专项规划的通知》，提出要面向多用户联网的量子通信关键技术和成套设备，率先突破量子保密通信技术，建设超远距离光纤量子通信网，开展星地量子通信系统硏究，构建完整的空地一体广域量子通信网络体系，与经典通信网络实现无缝链接。以奠定我国在新一轮信息技术国际竞争中的科技基础和优势方向。 2017年11月，国家发改委印发《关于组织实施2018年新一代信息基础设施建设工程的通知》，提出以量子保密通信“京沪干线”和“墨子号”量子科学实验卫星为基础，面向国家战略需求和可持续运营要求，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。2018年3月，政府工作报告肯定量子通信发展成果，将量子通信与载人航天、深海探测、大飞机并列为重大创新成果，认可量子通信行业地位和发展成果。 （二）量子通信独特的优越性 量子通信是一门交叉学科，是通信电子科学和量子力学相结合的新兴产物，这种通信技术可以完成传统信息传输所不能完成的信息处理技术任务，与传统通信技术和通信方式相比，具有独特的优越性。量子通信是利用量子的不可复制性以及测量的随机性进行信息传递的一种新型通讯方式，与经典通信相比较，量子通信采用的是“一次一密”的加密方式，是目前唯一被证明无条件安全的通信方式。此外，它还具有较强抗干扰能力、传输能力、高传输效率以及容量大、速度快等优点，理论上可以传输无限量的消息。由于其多方面突出的优势，这种量子通信技术得以被广泛应用于军事、国防等领域，在信息检测、信息传送以及信息对抗等方面占据优势，性能和用途都领先于其他通信技术。 （三）量子通信技术的不断突破 2018年以来，我国在量子通信技术领域不断突破新记录。清华大学的研究团队首次实现了25个量子接口之间的量子纠缠，打破了先前加州理工学院研究组4个量子接口之间纠缠的纪录。中国科技大学的研究团队在国际上首次实现18个光量子比特的纠缠，刷新了所有物理体系中最大纠缠态制备的世界纪录。中国科技大学的研究人员还在量子通信研究中取得新进展，创造密集编码量子通信信道容量新纪录。 2018年1月，中国和奥地利之间首次实现距离达7600公里的洲际量子密钥分发，并利用共享密钥实现加密数据传输和视频通信。标志着“墨子号”已具备实现洲际量子保密通信的能力，为未来构建全球化量子通信网络奠定了坚实基础。 2018年7月，中国科学家一举把量子密集编码的信道容量纪录提升到了2.09，超过了两维纠缠能达到的理论极限，创造了当前国际最高水平。 随着“量子卫星”、“京沪干线”等重大项目的建设，我国量子通信技术已跻身全球领先地位，率先实现了量子传送、加密和分发，理论实力、技术基础和产业应用世界领先。 （四）应用前景广阔 其一，量子通信技术在军事领域通信安全方面会有较大的发展空间。量子通信技术凭借其绝
量子保密通信 目录 绪言 (2) 第一章 保密通信 (3) 1.1 引言 (3) 1.2 经典保密通信 (3) 1.3 量子保密通信 (4) 1.4 量子密钥分配原理 (5) (7) 第二章 量子密钥分配协议 2.1 引言 (7) 2.2 BB84 量子密钥分配协议 (7) 2.3 B92量子密钥分配协议 (10) 2.4 EPR量子密钥分配协议 (11) 2.5 4+2量子密钥分配协议 (13) 第三章 量子通信传输流程 (14) 3.1 引言 (14) 3.2 量子传输 (14) 3.3 筛选数据(Distill data) (15) 3.4 数据纠错(Error Correction) (15) 3.5 保密增强(Privacy Amplification) (16) 3.6身份认证(Identify Authentication) (16) 第四章 量子密钥分配系统 (17) 4.1 引言 (17) 4.2 双MZ干涉仪系统 (17) 4.3 即插即用系统 (18) 4.4 基于VPN网络的量子通信系统 (19) (21) 跋 参考文献 (21)
第一章保密通信 1.1 引言 传统的加密系统，不管是对密钥技术还是公钥技术，其密文的安全性完全依赖于密钥的秘密性。密钥必须是由足够长的随机二进制串组成，一旦密钥建立起来，通过密钥编码而成的密文就可以在公开信道上进行传送。然而为了建立密钥，发送方与接收方必须选择一条安全可靠的通信信道，但由于截收者的存在，从技术上来说，真正的安全很难保证，而且密钥的分发总是会在合法使用者无从察觉的情况下被消极监听。 近年来，由于量子力学和密码学的结合，诞生了量子密码学，它可完成仅仅由传统数学无法完成的完善保密系统。量子密码学是在量子理论基础上提出了一种全新的安全通信系统，它从根本上解决量子特性不可忽视，测量动作是量子力学的一个组成部分。在这些规律中，对量子密码学起关键作用的是Heisenberg测不准原理，即测量量子系统时通常会对该系统产生干扰，并产生出关于该系统测量前状态的不完整信息，因此任何对于量子信道进行监测的努力都会以某种检测的方式干扰在此信道中传输的信息。 1.2 经典保密通信 一般而言，加密体系有两大类别，公钥加密体系与私钥加密体系。经典保密通信原理如下图1一1所示: 密码通信是依靠密钥、加密算法、密码传送、解密、解密算法的保密来保证其安全性.它的基本目的使把机密信息变成只有自己或自己授权的人才能认得的乱码。具体操作时都要
量子保密术和保密通信 陈志新[1]唐志列[1]廖常俊[2]刘景锋[1]魏正军[1] [1](华南师范大学物理系, 广州, 510631) [2](华南师范大学信息光电子科技学院, 广州, 510631) [摘要]基于量子物理原理的量子密码术已被证明是保密通信中密钥安全分配的有效手段本文介绍了 量子密码的基本原理,探讨了实现量子密码的几种方案,并研究了各自的密钥分配机制还讨论了量子密码通信的历史发展和指出现存在的问题以及未来的发展前景 [关键词]量子密码. 测不准原理. EPR关联. 量子纠缠. QUANTUM CRYPTOGRAPHY AND SECURITY COMMUNICATIONS CHEN Zhi-Xin TANG Zhi-Lie Liao Chang-Jun (Department of Physics South China Normal University Guangzhou 510631) (School for Information and Optoelectronic Science and Engineering, South China Normal University Guangzhou 510631) [Abstract]Quantum cryptography based on fundmental physical principles has been proved to be an effective technique for secure key distribution.The fundamental theory of quantum cryptography together with their main schemes and protocols has been discussed in this paper.Recent years quantum cryptographic communication’s history improvements are analyzed,and the existing problems and development prospective in future are also pointed out. [Key words] quantum cryptography uncertainy principle EPR pair quantum entanglement. 1引言 量子密码术是量子物理学和密码学相结合的一门新兴科学它成功地解决了传统密码学中单靠数学无法解决的问题并引起国际上高度重视它的思想最早由美国人Wiesne.S.J在1969年提出[1]1984年Bennett.C.H和Brassard.G首先提出第一个量子密码分配协议BB84协议[2]1989年IBM公司Thomas.J.Walson研究中心实现了第一次量子密钥传输演示实验[3] 1991年牛津大学Ekert.A.k.提出E91协议[4]1992年Bennett.C.H指出只用两个非正交态即可实现量子密码通信并提出B92协议[5]自此量子密码通信三大主流方案已基本形成20世纪90年代以来世界各国的科学家对量子密码通信的研究出现了迅猛发展并取得很大成 功, 瑞士University of Geneva在原有光纤系统中已建立22.8km量子保密通信线路并投入了实用[6];英国BT实验室已实现在常规光缆线路上量子密码通信传输距离达55km [7];美国Los Alamos实验室已成功实现48km量子密钥系统运行两年[8],2000年他们在自由空间中使用QKD系统成功实现传输距离为1.6公里[9]可以说量子通信已进入大规模实验研究阶段 现在,量子保密通信的距离已延伸到80km[10]而我国量子通信的研究才刚起步,1995年中科院物理研究所在国内首次用BB84协议做了演示实验[11]华东师范大学用B92方案作了实 验[12]2000年中科院物理研究所和中科院研究生院合作完成了国内第一个850nm波长全光纤量子密码通信实验通信距离达1.1km[13]近期山西大学量子光学与光量子器件国家重点实验室在国内外第一次完成了用明亮的EPR关联光束完成了以电磁场为信息载体的连续变量量子密集编码和量子保密通信的实验研究[14]随着量子密码术的不断发展必将给 通信领域带来新的突破下面介绍一下经典密码术的局限性和量子密码术的原理方案及近年来用分离变量系统(如用单光子实现)实现量子密码通信的发展状况 项目基金是广州市2001-2-095-01项目支持