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!
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。
![图片](/_upload/article/images/e8/f5/f5c27db34704b2ca80d9a7bcb051/68a0ffff-8d92-4dcb-96b8-dbe3fe2564ac.png)
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:
![图片](/_upload/article/images/e8/f5/f5c27db34704b2ca80d9a7bcb051/98c3025d-9b3b-433f-8c01-604ca9f33581.png)
“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。
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。
![图片](/_upload/article/images/e8/f5/f5c27db34704b2ca80d9a7bcb051/c6953b28-3807-4ddc-8038-90d9b9139640.png)
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。
![图片](/_upload/article/images/e8/f5/f5c27db34704b2ca80d9a7bcb051/d25d7474-d7dc-416a-a0e8-e26a756c5f89.png)
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~~
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
.....
![图片](/_upload/article/images/e8/f5/f5c27db34704b2ca80d9a7bcb051/adafc887-68d0-43f7-97cd-992479ad0c4b.gif)
有的嘴上说着“不要”QKD
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
QKD与PQC彼此的优势,
也越来越多.....
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。
![图片](/_upload/article/images/e8/f5/f5c27db34704b2ca80d9a7bcb051/cb1c3c70-a57d-4e6a-9349-9311f6c81f94.png)
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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