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量子保密通信应用与技术探讨

摘要
近年来,基于量子密钥分发的量子保密通信在应用方面进行了新的尝试和拓
展。基于量子密钥分发在传输距离和密钥成码率方面的研究进展和局限,提
出了基于量子密钥分发的量子保密通信可分为量子密钥在线分发和量子密
钥在线与离线结合分发两种模式;并基于两种模式的优劣势,提出两种模式的
典型应用场景;最后对量子密钥分发在技术、设备、组网、网络能力提供等方
面面临的问题进行了分析,并提出了一些解决思路。量子保密通信的应用也
与传统加密通信业务、系统和网络的发展紧密相关,需要产业链共同积极推
动。
关键词：量子保密通信;量子密钥分发;应用

Abstract
Inrecentyears,newtrialsandexpansionshavebeenmadeinthe
applicationofquantumsecurecommunicationbasedonQuantumKey
Distribution(QKD).Inthispaper,basedontheprogressandlimitationsof
QKDintermsoftransmissiondistanceandkeygenerationrate,we
proposethatquantumsecurecommunicationbasedonQKDcanbe
dividedintotwomodes:onlinedistributionofquantumkeysandonline&
offlinecombineddistributionofquantumkeys.Theadvantagesand
disadvantagesofthetwomodesareanalyzed,andthetypicalapplication
scenariosofthesetwomodesareintroduced.TheproblemsfacedbyQKD
intermsoftechnology,equipment,networking,andnetworkcapability
provisionarediscussed,andsomesolutionsareproposed.The
applicationofquantumsecurecommunicationisalsocloselyrelatedtothe
developmentoftraditionalencryptedcommunicationservices,systems
andnetworks,andneedstobeactivelypromotedbytheindustrychain.
Keywords：quantumsecurecommunication;quantumkey

distribution;application

0引言
量子通信是以量子态为信息载体,通过量子态的传送实现量子信息或经典

信息传送的技术。量子通信包括多种协议和应用,如量子密钥分发(Quantum
KeyDistribution,QKD)、量子隐形传态、量子安全直接通信、量子秘密共享、
量子数字签名等。其中,QKD是通信双方通过传送量子态实现共同生成一组随
机数(可以作为对称密钥)的方法,是目前实用化和工程化程度最高的量子通信

技术。QKD不能直接实现经典信息的传送,只能通过协议实现随机数的生成分
发,这一过程在理论协议层面具备信息论安全性。远程分发的生成随机数主要
作为对称密钥,结合现代密码体系进行使用。
量子保密通信不等于量子通信,也不是量子通信的子集。量子保密通信是基
于量子通信,利用量子不可分割、量子态不可克隆和量子纠缠等特性保护秘密
消息,进而保证信息传送安全的通信方法。比较典型的量子保密通信实现方案

是结合QKD和对称密码技术的加密通信,这是目前试点部署和示范应用最多的
方案,也是业内研讨和标准化推进的重点方向。下文中讨论的量子保密通信应

用主要基于QKD技术。

1QKD研究进展
在保证安全性的前提下,提升QKD点对点系统的传输距离和密钥成码率是
QKD技术发展的重要方向。近年来,离散变量量子密钥分发(DV-QKD)和连续变
量量子密钥分发(CV-QKD)在这一方向上都取得了一定突破。基于中间节点进
行单光子干涉测量的新型双场量子密钥分发(TF-QKD)协议能够消除测量节点

的安全漏洞,并进一步提升DV-QKD系统的传输能力[1]。2021年,郭光灿、韩正
甫团队提出改进的四相位调制双场协议,通过提升独立光源的锁相稳频技术、
高带宽信道相位补偿技术,以及高信噪比的单光子探测信号甄别技术等关键技

术,使得DV-QKD系统能容忍的信道损耗超过140dB,实现安全距离833.8km[2]。
本地本振方