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量子保密通信技术白皮书 （2018 ） 中国通 信标准 化协会 （2018 年 12 月） I II Quantum Secure Communication, QSC Quantum Key Distribution, QKD QKD CCSA ST7 III IV 目 录 一、概述 . 1 （一） 量子 保密 通信 基本 概 念 1 （二） 量子 保密 通信 迎来 历 史发展 机遇 3 二、量子保密通信业 务应 用 10 （一） 量子 通信 应用 前景 广 阔保 密通 信是 现阶 段可 行业务 . 10 （二） 量子 密钥 分发 可与 现 有 ICT 技术 结合 应用 . 12 （三） 量子 保密 通信 的典 型 行业应 用场 景 . 13 三、量子密钥分发的 安全 性 19 （一） 量子 密钥 分发 安全 性 的物理 基础 . 19 （二） 量子 密钥 分发 的理 论 安全性 . 25 （三） 量子 密钥 分发 的实 际 安全性 . 27 四、量子保密通信网 络架 构及关键技术 . 28 （一） 量子 保密 通信 网络 的 演进 . 28 （二） 量子 保密 通信 网络 需 求和 架 构设 计 . 30 （三） 量子 保密 通信 组网 关 键技术 . 36 五、量子保密通信产 业及 标准化进展 . 40 （一） 量子 保密 通信 国内 外 发展概 况 . 40 （二） 量子 保密 通信 产业 化 进展 . 45 （三） 量子 保密 通信 标准 化 进展 . 49 六、总结面临挑战 与发 展建议. 54 （一） 加强 量子 通信 底层 技 术自主 研发 ，提 供产 业发 展保障 . 55 （二） 加快 量子 保密 通信 行 业标准 制定 ，支 撑产 业健 康发展 . 56 （三） 开放 合作 ，以 需求 为 导向促 进量 子保 密通 信应 用推广 . 56 附录1 实际QKD 系统安全 威胁和解决措施 60 附录2 缩略语 64 2018 1 一、概 述 （ 一）量子保密通 信基本概 念 1 ．量子通信 Ination and Communication Technology, ICT Quantum Key Distribution QKD [1] Quantum Teleportation, QT [2] 2018 2 2.量子密钥分发 [3] 2010 Anton Zeilinger PhySH [4] BB84 [1] Bennett Brassard 1984 2018 3 3.量子保密通信 QKD QKD One Time Pad OTP [5] Wegman-Carter [6] QKD （ 二）量子保密通 信迎来历 史发展机遇 1 ．量子计算 引发全新安全 挑战，量子安全技 术需求迫切 IBM Intel Shor [7] Grover [8] 2018 4 NIST ETSI [9][10] 1 1 NIST IR 8105 AES SHA-2, SHA-3 --- RSA ECDSA, ECDH Elliptic Curve Cryptography DSA Finite Field Cryptography RSA ECC 1 2018 5 图 1 量子 安全问 题的影 响范围 OTP 2. 量子 保密通信历经多年 发展，产业链初步 成形 1984 2005 [11][12] [13][14][15][16][17] 10 2017 “ ” “ ” [18] 2018 6 2 图 2 全 球量 子保 密通 信网 络加速 发展 10 3 4 1 2 / 3 3 2018 7 4 图 3 我 国量 子保 密通 信产 业化发 展情 况 QKD 2018 8 3.量子信息获国 内外政策 支持，推动量子保 密通信持续发展 2016 2035 10 [19] 图 4 世 界主 要国 家支 持量 子技术 发展 2018 9 图 5 世 界量 子卫 星项 目一 览 [19] 2013 2015 “ ” 2018 10 2018 图 6 我国 出台 多项 国家 政 策支持 量子 通信 发展 二、量 子保密通信业务应 用 QKD QKD ICT [20] （ 一）量子通信应 用前景广 阔保密通信是现 阶段可行业务 2018 11 [21] 7 QKD QKD QKD 图 7 量子 通信应 用发展 展望 2018 12 （ 二）量子密钥分 发可与现 有 ICT 技术结合应 用 QKD QKD QKD ICT QKD OSI Open System Interconnection 8 图 8 QKD 在 ICT 系统 中的 应用示 意图 QKD QKD PPP IEEE 802.1 MACsec IPSec TLS S SL QKD 经典 网络 量子 密钥分 发网络 量子密钥分发 系统 量子密钥分发 系统 数据链路层 网络层 传输层 应用层 数据链路层 网络层 传输层 应用层 基于QKD 的共 享密 钥 协商 物理层 物理层 ICT 系统 ICT 系统 2018 13 QKD （ 三）量子保密通 信的典型 行业应用场景 1 数据中 心备份及业务连 续性场景 QKD 9 图 9 结合 QKD 的 链路 加 密机应 用于 数据 中心 场景 2.政企专网保护 场景 IPSec TLS VPN 2018 14 QKD 10 图 10 结合 QKD 的链 路加 密机应 用于 企业 专网 场景 3.关键基础设施 控制和数 据采集场景 Supervisory control and data acquisition SCADA , QKD 11 QKD QKD 分支机构1 数据中心1 分支机构2 分支机构3 分支机构4 数据中心2 2018 15 图 11 QKD 应用 于关 键基 础设施 专用 广域 网络 场景 4.电信骨干网保 护场景 QKD WDM ,
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