墨子沙龙
CP成真!中国这个实验,也许可以终结“量子安全”路线之争.....
发布时间:2021-06-02 来源:中国科学技术大学网络科普 浏览:92
以下文章来源于测量一下scientific ,作者测量君

量子密钥分发(QKD)和后量子密码(PQC)是抵御量子计算威胁、实现信息安全机制的两种主要途径。2020年,中国信息协会就曾在《量子安全应用白皮书》中提出:“QKD + PQC”类型的应用方案使密码系统整体能够应对量子攻击。

最近,中国科学技术大学潘建伟、张强团队与云南大学、上海交通大学以及科大国盾等单位合作,首次将这两种技术进行融合,实现了优势互补:利用PQC解决QKD预置密钥的关键问题,而QKD则弥补了PQC待验证的长期安全性问题。两者联合最终保证了网络系统安全性,该成果将极大促进和推广QKD的应用前景。

近年来,无论在学术、应用还是工程层面,中国以及其他国家的科学家们在QKD领域不断取得重要进展,现实条件下量子密码的安全性已经建立起来。基于QKD的一系列进展,世界各国政府、组织对QKD的观点和规划也有了明显改变,例如,英国国家网络安全中心在2020年更新了其QKD的白皮书,同意放宽对QKD的使用限制;近日,英国量子加密技术公司ArQit已与英国政府、英国电信、维珍轨道公司合作,计划于2023年发射两颗量子保密通信卫星。




前沿科技的发展是充满未知的、新奇的

也总是伴随着”争吵不休“,

转基因与非转基因食品哪个更“好”?

汽车混动与电动谁才是“明日之光”?

……

这次,我们来盘一盘

作为新一轮科技革命和产业变革的前沿领域,

量子安全技术领域的“路线之争”

而且更有意思的是

测量君最近看到,

有中国科学家用一项实验证明了:

这两条路线,

其实是可以融合的!


P和Q ,量子安全问题的两个解?


现代社会信息无所不在

与之相对的信息安全

同样涉及我们生产生活的方方面面。

国家安全、基础设施安全、个人隐私保护

……

现在,量子计算技术加速发展,

有望成为未来科技加速演进的“催化剂”,

推动生物医学、气象预报、武器研制等

众多领域迎来突破。

但量子计算同时,是一把双刃剑

其在密码破译方面具有天然优势,

或将成为破坏信息安全的一把利刃。

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由于密码是信息安全的核心,

对应于量子计算的攻击,

”量子安全“的概念也被相应地提出。


量子安全:即使面对量子计算的挑战也能得到保证的信息安全


(敲重点)

目前,实现量子安全的方式主要分为两类:

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“信息论安全”在密码学领域也被称为“无条件安全”,这里的“条件”特指计算能力的限制,即安全性没有基于攻击者计算能力的假设。

随着谷歌宣布2029年量子计算机商用,

量子计算在密码破解方面的威胁也越发紧迫,

上面说的两个能应对量子挑战的课代表:

量子保密通信领域的代表——

量子密钥分发(QKD),

和经典密码算法领域的

后量子密码(PQC),

他们两到底谁能挑起对抗量子计算的安全大旗

他们的粉丝挑起了一场

非此即彼、你死我活的战争。


PQC、QKD,优劣之争?


同为抗量子计算的,

PQC和QKD长期以来,都有“唯粉”

彼此相互对立、相互矛盾...

比如说:

在2003年,美国国防高级计划研究局(DARPA)

就建立了第一个QKD网络,

但不知道是哪些方面考虑,

美国政府方面的量子网络计划转入沉寂......

2020年11月18日,

美国国家安全局(NSA)发表了一篇

关于量子密钥分发和量子密码的政策报告。

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NSA认为PQC比QKD

更具成本效益,更易于维护。

出于这些原因,

“在解决问题前,

NSA不支持使用QKD或量子密码

来保护国家安全系统中的通信”。

此外,

英国、法国也有国家网络安全部门

也曾发布公开报告指出QKD技术上的局限性。

我们中国,一直在QKD上很有优势,

成功实现“换道超车”。

2016年,

世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”发射,

2017年,

世界首条远距离量子保密通信京沪干线完工。

截至目前,

我国科学家已成功构建

跨度达4600公里的天地一体化量子通信网络,

并接入金融、电力、政务等150多家行业用户。

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但欧、美等传统发达国家

在经典加密和算法等领域具有长期优势,

中国PQC领域这几年虽然有很大发展,

但在国际上实力还比较弱小,

NIST(美国国家标准与技术研究院)

早在2016年启动了抗量子密码的国际标准化,

中国积极参加了这项PQC标准甄选工作。

遗憾的是,

最终,没有中国研究者提交的算法入围。

不过在“新型举国”体制下,

中国的科研团队正奋起直追~~


渐生情愫?当对方优点被发现


PQC与QKD,

人前看上去是冤家,

实际上是“抵抗量子计算”信息安全阵营的伙伴

有着同一个目标,

那冤家也可能变成“欢喜冤家”

QKD方面,

如果要达到中国目前的技术水平和规模优势,

其他国家必定要投入大量的资金进行追赶

.....

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有的嘴上说着“不要”QKD

行动却已很是明显。

2020 年 3 月,

英国国家网络安全中心

更新了他们对QKD的白皮书,

相较2016年其观点有了明显的改变。

通过了解近年来QKD的进展,

其同意放宽对QKD的使用限制。

英国量子加密技术公司ArQit

最近宣布与英国政府、英国电信(BT)
以及维珍轨道公司合作,
计划于2023年发射两颗量子卫星.......
更值得注意的是:

QKD与PQC彼此的优势,

正在让技术及产业界
呼吁两种技术结合的思考

也越来越多.....



中国实验,CP成真!

还有的人,

人狠话不多,想做就敢试.......

2020年

中国信息协会量子信息分会就曾在

《量子安全应用白皮书》中提出:

“QKD + PQC”类型的应用方案使密码系统整体能够应对量子攻击。


最近,中国 磕学家 科学家,

迈出了探索QKD与PQC结合的第一步。

日前,中国科大团队潘建伟、张强团队

(量子方面专家)

与云南大学、上海交大郁昱团队

(密码学专家)

及国盾量子公司等单位合作,

完成了QKD+PQC的融合应用实验

相关成果发表在《NPJ量子信息》上。

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该研究提供一种新型的QKD的认证方案,

进一步提高了整个QKD网络的安全性。

研究者在QKD网络中

使用PQC认证代替

原来的QKD设备预置密钥认证,

验证了新方案在城域范围内QKD中继网络

和全通网络中应用的可行性。
利用PQC认证,

可以将QKD网络中可信中继替换为光开关,

每个用户只需要通过PKI申请1个数字证书,

就可以实现任意两用户之间的直连;

新用户也只需要获得1个数字证书,

就可以立即与其他用户建立QKD连接,

提高了QKD网络的操作性和效率。

这也是国际上首次QKD+PQC融合应用。

故事讲到这里想必大家已经有了自己的结论:

QKD+PQC,

这对CP不止是梦想,

而且正在成为现实!

这是中国量子信息QKD安全性研究的进展;

同样也是PQC领域的胜利~!



再说两句

测量君觉得

中国人最擅长从看似对立的事物中

寻求合作,互相补充

从《论语》中的“君子和而不同”

到万隆会议提出的“求同存异”

通过合作谋求整体利益最大化,

是中国千年智慧的传承。


不论是转基因与非转基因

最终的目的都是为了解决吃饭问题

不论是混动与电动

最终还是为了达成环境保护的目的

而QKD与PQC同样

都是为了实现“量子安全”

看似“殊途”

实则“同归”

墨子沙龙是以中国先贤“墨子”命名的大型公益性科普论坛,由中国科学技术大学上海研究院主办,中国科大新创校友基金会、中国科学技术大学教育基金会、浦东新区科学技术协会、中国科学技术协会及浦东新区科技和经济委员会等协办。


墨子是我国古代著名的思想家、科学家,其思想和成就是我国早期科学萌芽的体现,“墨子沙龙”的建立,旨在传承、发扬科学传统,建设崇尚科学的社会氛围,提升公民科学素养,倡导、弘扬科学精神。科普对象为热爱科学、有探索精神和好奇心的普通公众,我们希望能让具有中学同等学力及以上的公众了解、欣赏到当下全球最尖端的科学进展、科学思想。

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