引用本文:
赵永利,王亚子,刘宇航,等. 量子密钥分发网络国际标准研究进展[J]. 光通信技术,2025,49(5):1-9.
赵永利,王亚子,刘宇航,郁小松
(北京邮电大学 信息光子学与光通信全国重点实验室,北京 100876)
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:为应对量子计算对传统密码体系的威胁并推动量子密钥分发(QKD)网络从实验走向规模化应用,系统梳理了国际QKD标准化组织在协议架构、安全评测与网络互联等方面的最新进展,分析了现有标准在设备无关安全性、跨域互操作性等方面的不足。研究总结了QKD技术在传输距离、成码率及集成化等方面的突破,提出了面向大规模组网的关键标准化路径,包括构建统一接口协议、强化跨组织协同、推进星地一体化标准建设等。最后,展望了QKD组网的未来布局。
关键词:量子密钥分发;标准;量子密钥分发网络
中图分类号:TN256 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2025)05-0001-09
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2025.05.001
这篇论文要总结了量子密钥分发网络(QKDN)国际标准的研究进展,涵盖了技术研发、产业化进程、标准化组织与标准进展、组网技术挑战与未来布局等多个方面。以下是详细总结:
量子密钥分发技术背景与重要性:
量子计算威胁:量子计算技术的快速发展对传统密码体系构成威胁,亟需构建抗量子攻击的信息安全体系。
QKD技术原理:利用量子不可克隆原理和测量坍缩特性,在物理层面实现密钥分发的信息理论安全。
技术突破需求:尽管QKD在原理上具有优势,但其推广应用仍面临传输距离、密钥生成速率、设备成本及系统集成度等多重约束。
技术研发与产业化进展:
理论研究进展:QKD协议体系持续演进,包括BB84、E91、B92等协议,以及相干态连续变量协议(GG02)、测量设备无关协议(MDI-QKD)和双场协议(TF-QKD)等新一代协议。
技术路线分化:QKD技术分化为离散变量(DV-QKD)与连续变量(CV-QKD)两大路线,各有优劣且适用场景不同。
产业化现状:全球QKD系统已逐步进入试点部署与行业验证阶段,多家企业和研究机构在QKD技术上取得显著进展,包括长距离传输、高成码率、系统集成等方面。
标准化组织与标准进展:
ITU-T标准化进展:ITU-T通过多研究组协同推进QKD标准化工作,涵盖协议测试、网络架构与安全机制等关键领域,并启动JCA-QKDN协调活动。
ETSI标准化进展:ETSI通过ISG-QKD机制推动QKD技术标准化,已发布多项组规范,聚焦于支持大规模量子网络构建的扩展接口标准化。
ISO/IEC标准化进展:ISO/IEC JTC1 SC27工作组专注于QKD系统的安全需求分析、测试方法及评估体系建设。
IEEE标准化进展:IEEE推进基于YANG模型的动态管理框架和量子技术专用术语定义等标准。
CCSA标准化进展:CCSA系统构建了覆盖QKD全链条的标准化研究体系,推进了多项国家标准和行业标准的研究。
QKD组网技术挑战:
网络互操作性难题:QKD与现有光纤基础设施的深度融合、密钥传输接口标准化及量子密钥与经典加密协议的集成问题。
网络安全认证挑战:多节点动态组网场景的端到端安全认证框架尚待完善,QKD密钥的安全能力边界持续拓展。
未来布局与重点方向:
完善基础性规范体系:制定统一的QKD设备性能指标、密钥管理协议及网络控制接口标准。
加强国际协作:推动量子网络架构、密钥传输效率优化等关键技术的全球共识。
卫星量子通信标准化:突破低轨卫星群组网、星地量子信号无缝切换等技术难点。
“量子-经典”混合网络架构:实现量子密钥分发与经典数据传输之间的带宽动态分配。
示范项目与应用:通过国际合作开展示范项目,加速QKD技术在金融、政务等高安全需求领域的规模化应用。
具体案例与数据:
典型QKDN部署与性能成果:包括山西大学、中科大、瑞士应用物理研究所等在QKD技术上的突破,如长距离传输、高成码率等。
示范应用与行业验证:全球多国积极建设QKD测试平台,如中国的京沪、沪杭量子保密通信干线,瑞士的SwissQuantum网络等。
政策支持与生态构建:
政策支持:我国依托政策支持与丰富应用场景优势,加速构建从核心技术到产业生态的自主可控体系。
生态构建:全球产业链呈现出“技术突破—场景验证—商业落地”协同演进的态势,推动QKD技术从示范应用走向全面商业化部署。