济南量子技术研究院

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济南量子技术研究院实现首个量子密钥分发和后量子密码融合可用性的现网验证

发布时间:

2021-08-03


日前,济南量子技术研究院执行院长张强、副院长周飞与中国科大潘建伟院士团队以及国盾量子、国科量子等单位的科研人员组成联合团队,共同完成了国际首次量子密钥分发(QKD)和后量子密码(PQC)融合可用性的现网验证,这也是两种可以实现量子安全的前沿技术手段首次在真实网络完成的融合实验。此次实验利用了济南量子通信试验网进行实验数据采集、分析等工作。相关工作于7月30日作为编辑推荐文章发表在著名学术期刊《Optics Express》上。



量子计算机时代的信息安全保障是全世界的研究热点。目前的解决方案主要有QKD和PQC两种。国际上比较普遍的观点是:QKD具有长效安全性,但存在缺少认证手段、应用成本高等不足;PQC具有功能和应用体系与传统密码完全兼容的优势,但缺少安全性证明。QKD和PQC孰优孰劣,仍是个开放性问题。

回答这一问题未必要“二选一”,融合两者优势可能是更为有效的方法。上述团队的研究工作给出了两者可有效融合的回答。据悉,QKD设备之间的认证通常是使用一对一的预置密钥,这种方式在面对规模网络中有大量节点需要相互认证的场景时,会存在需要预置大量密钥、管理维护不便的问题,而通过PQC实现认证是解决这个问题的有效方法之一。此前,研究团队已在实验室中验证了这个方案,通过QKD设备和PQC上位机通信的方式,使用PQC认证代替QKD的预置密钥认证,验证了在QKD协议运行及交互通信中融合PQC认证的可行性。

在现网条件下,研究团队进一步验证了融合方案的可行性。验证结果表明:融合方案能有效适应规模网络的交互通信条件,对QKD性能并未产生明显影响。整个实验持续运行36天,采用PQC认证后的成码率与原成码率相比误差在2%范围内。

此次研究成果证明了PQC认证和QKD融合在实际应用中的可行性,为QKD设备大规模认证提供一种便利的新型手段,也为“PQC+QKD”融合的信息安全保障模式在更广泛应用中的研究和推广奠定良好开端。本实验是跨领域、跨团队,科研和产业结合的探索,得到国家、省、市诸多基金的联合支持。



济南量子技术研究院长期致力于实用化量子通信理论和技术研究,在2013年建成了当时已知世界上规模最大、功能最全的实用化城域量子通信网络——济南量子通信试验网,积极推动量子通信技术在山东省的应用化研究和产业化进程。目前,基于理论的不断完善和技术的不断创新,研究院首次在实验室实现TF-QKD,相继创造404公里、509公里点对点光纤量子密钥分发最远传输距离世界纪录,以及500公里量级无中继光纤量子密钥分发世界纪录;推动济南建成国内首个商用量子保密通信专网,参与构建全球首个星地量子通信网。

未来,济南量子技术研究院将依托济南量子通信试验网打造国家级量子通信网络基础设施共享服务平台,为量子通信领域新协议、新技术、新器件提供应用测试和共享研究服务,借助国际、国内标准化平台,推动量子保密通信从实用化全面步入产业化阶段,加速构建实用化天地一体化广域量子通信网络,助力济南培育千亿级量子信息产业。

论文链接:
https://www.osapublishing.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-29-16-25859&id=453809