量子密鑰分發(fā)與后量子算法實(shí)現(xiàn)融合應(yīng)用量子通信第一股加速發(fā)展

來(lái)源：壹點(diǎn)網(wǎng) 時(shí)間：2021-06-15 11:09:40

量子密鑰分發(fā)（QKD）和后量子密碼（PQC）是抵御量子計(jì)算威脅、實(shí)現(xiàn)信息安全機(jī)制的兩種主要途徑。2020年，中國(guó)信息協(xié)會(huì)就曾在《量子安全應(yīng)用白皮書(shū)》中提出：“QKD + PQC”類(lèi)型的應(yīng)用方案使密碼系統(tǒng)整體能夠應(yīng)對(duì)量子攻擊。

據(jù)悉，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、張強(qiáng)團(tuán)隊(duì)與云南大學(xué)、上海交通大學(xué)以及“量子通信第一股”國(guó)盾量子等單位合作，首次將這兩種技術(shù)進(jìn)行融合，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)：利用PQC解決QKD預(yù)置密鑰的關(guān)鍵問(wèn)題，而QKD則彌補(bǔ)了PQC待驗(yàn)證的長(zhǎng)期安全性問(wèn)題。兩者聯(lián)合最終保證了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全性，該成果將極大促進(jìn)和推廣QKD的應(yīng)用前景。

量子計(jì)算可以有效地解決整數(shù)分解和離散對(duì)數(shù)等經(jīng)典難題，并在解決非結(jié)構(gòu)化搜索問(wèn)題時(shí)表現(xiàn)出二次加速，這對(duì)基于這些問(wèn)題復(fù)雜性的經(jīng)典加密算法的安全性構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

在量子計(jì)算時(shí)代，有兩種可靠的信息安全機(jī)制：一種是量子密碼術(shù)，主要包括量子密鑰分配（Quantum key distribution, QKD）；另一種是后量子密碼術(shù)（Post-quantum cryptography, PQC），例如基于晶格的密碼和基于代碼的密碼，它們不能被當(dāng)前已知的量子計(jì)算算法有效地破解。

隨著谷歌的“懸鈴木”和中國(guó)“九章”都先后實(shí)現(xiàn)了“量子優(yōu)越性”，量子計(jì)算可以有效地解決大數(shù)因子分解和大數(shù)據(jù)搜索等問(wèn)題，從而對(duì)經(jīng)典密碼算法的安全性構(gòu)成極大威脅。抵御量子計(jì)算威脅、實(shí)現(xiàn)信息安全機(jī)制主要有兩種：一是量子密碼，如具有信息論安全的量子密鑰分發(fā)（QKD）；二是后量子密碼（PQC），如格密碼。目前已知的量子計(jì)算算法尚無(wú)法有效破解。

包括國(guó)盾量子研究人員在內(nèi)的中國(guó)團(tuán)隊(duì)，采取基于后量子公鑰算法和PKI的新型安全認(rèn)證方案，通過(guò)后量子公鑰算法和PKI結(jié)構(gòu)，對(duì)QKD經(jīng)典信道進(jìn)行認(rèn)證。由于只要認(rèn)證過(guò)程中PQC算法是安全的，認(rèn)證完成之后即使PQC被破解，也不影響QKD密鑰的安全性，而PQC的安全性能夠保證這一點(diǎn)。科研人員實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了PQC技術(shù)在QKD網(wǎng)絡(luò)設(shè)備認(rèn)證中的應(yīng)用，大幅提升了QKD認(rèn)證過(guò)程的可操作性和高效性。

研究結(jié)果顯示，PQC簡(jiǎn)化了QKD在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的身份認(rèn)證和密鑰管理，QKD則提供了PQC等公鑰體系無(wú)法確保的無(wú)條件安全性，兩者聯(lián)合最終保證了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全性，也提高了量子保密通信網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟(jì)性、便利性，將極大促進(jìn)量子保密通信的應(yīng)用和推廣前景。

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