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在競(jìng)爭(zhēng)激烈的量子科技領(lǐng)域，我國(guó)科學(xué)家不斷取得新的突破，量子計(jì)算原型機(jī)“九章”問(wèn)世，樹(shù)起了一座舉世矚目的里程碑，量子通信方面的研究更是走在了世界前列，天地一體化的廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)正在向我們走來(lái)。

作為今年不斷刷屏的熱門話題，量子科技距離我們的生活還有多遠(yuǎn)呢？或許答案比想象的更近。在11月舉辦的2020天翼智能生態(tài)博覽會(huì)上，中國(guó)電信宣布布局量子科技行業(yè)，構(gòu)筑“量子+”產(chǎn)業(yè)生態(tài)。同時(shí)，中國(guó)電信展出了兩臺(tái)樣機(jī)，分別根據(jù)華為和中興現(xiàn)有手機(jī)改造而來(lái)，用戶可在通話過(guò)程中選擇兩種通話模式——加密通話或普通通話，通話質(zhì)量毫無(wú)差別。

毫無(wú)疑問(wèn)，量子通信正從基礎(chǔ)科學(xué)研究向應(yīng)用推廣階段轉(zhuǎn)化。那么，這種號(hào)稱可以進(jìn)行“量子安全通話”的手機(jī)究竟為何物？它的推出又意味著什么？

配備了量子密鑰的保密手機(jī)

“可進(jìn)行量子安全通話的手機(jī)在功能上與傳統(tǒng)安全手機(jī)類似，其不同點(diǎn)在于前者配備了用量子信息技術(shù)制備的量子密鑰。”中國(guó)電信安徽公司副總經(jīng)理鄭家升告訴科技日?qǐng)?bào)記者，與其叫它“量子安全通話手機(jī)”，不如叫它“支持量子安全通話服務(wù)的手機(jī)”更為貼切。

據(jù)了解，量子安全通話服務(wù)可以理解為“安全通話+量子密鑰”的服務(wù)，其中，安全通話與普通通話的區(qū)別在于——安全通話是對(duì)通話過(guò)程中的語(yǔ)音進(jìn)行加密后再傳送，可實(shí)現(xiàn)通話內(nèi)容防泄漏的功能。

“量子密鑰是指使用量子信息技術(shù)制備出的密鑰。”鄭家升說(shuō)，目前，國(guó)內(nèi)外可制備量子密鑰的量子信息技術(shù)主要包括量子密鑰分發(fā)（QKD）和量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器（QRNG）兩種技術(shù)，如上半年三星發(fā)布的“量子加密手機(jī)”就是手機(jī)內(nèi)置了量子隨機(jī)數(shù)芯片，據(jù)報(bào)道英國(guó)電信正計(jì)劃使用QKD技術(shù)構(gòu)建安全網(wǎng)絡(luò)，將在5G基站與移動(dòng)終端設(shè)備以及聯(lián)網(wǎng)汽車之間建立“超安全鏈接”。

量子密鑰的特點(diǎn)在于其隨機(jī)性，密鑰生成基于物理機(jī)制而非數(shù)學(xué)算法，其安全性是經(jīng)過(guò)嚴(yán)格數(shù)學(xué)證明的。

量子密鑰的特點(diǎn)在于它是編碼在光子的量子態(tài)上，依據(jù)量子不可克隆定理，一個(gè)未知的量子態(tài)不能夠被精確地復(fù)制，一旦被測(cè)量也會(huì)被破壞。因此這樣的量子密鑰的安全性也有量子力學(xué)的理論保證。

“在量子密鑰傳輸過(guò)程中，試圖竊聽(tīng)者不可能做到既偷聽(tīng)又不會(huì)被發(fā)現(xiàn)?！编嵓疑忉屨f(shuō)，這種不依賴計(jì)算復(fù)雜性，而是基于量子力學(xué)基本原理的密碼產(chǎn)生方式就是量子保密通信。

兩種方式生成手機(jī)上的量子密鑰

記者了解到，量子安全通話服務(wù)中使用的量子密鑰從功能角度分為兩種：一是用于認(rèn)證的預(yù)充注在量子安全SIM卡上的量子密鑰；二是用于語(yǔ)音加密的量子密鑰，由量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)生成。

“使用量子安全通話服務(wù)時(shí)，用戶撥號(hào)觸發(fā)認(rèn)證過(guò)程，使用預(yù)充注的量子密鑰進(jìn)行認(rèn)證；同時(shí)從量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)獲取量子密鑰，對(duì)通話語(yǔ)音進(jìn)行加密，每次通話均使用不同的量子密鑰。”鄭家升告訴記者。

這里所提到的安全SIM卡，結(jié)合了普通SIM卡和安全芯片的功能，在為手機(jī)提供安全保護(hù)的同時(shí)，又不會(huì)額外多占用手機(jī)卡槽。用戶現(xiàn)有的手機(jī)通過(guò)安裝安全SIM卡即可享受量子安全通話服務(wù)，也就是說(shuō)，量子安全通話服務(wù)并不需要專用定制手機(jī)。但記者了解到，如果希望使用量子安全通話服務(wù)，則通話雙方手機(jī)都需要支持這個(gè)功能。

據(jù)介紹，想要應(yīng)用量子密鑰的每個(gè)用戶需要先到臨近電信網(wǎng)點(diǎn)的服務(wù)站下載自己的專屬密鑰，這是用量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的真隨機(jī)數(shù)（量子態(tài)的坍縮產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)）。通話時(shí)，雙方各自對(duì)應(yīng)的服務(wù)站之間通過(guò)量子密鑰分發(fā)共享應(yīng)用密鑰，再用兩人各自的專屬密鑰將應(yīng)用密鑰加密后發(fā)給雙方，然后雙方就可以進(jìn)行保密通話了。

“這樣一來(lái)，通話信息具有高安全性，實(shí)現(xiàn)從主叫方手機(jī)到被叫方手機(jī)間的端到端的加密，網(wǎng)絡(luò)上的語(yǔ)音信息即使被其他人獲取也無(wú)法獲得真實(shí)語(yǔ)音內(nèi)容，做到了保持用戶使用習(xí)慣基本不變，服務(wù)無(wú)感、高安全?！编嵓疑f(shuō)。

那么，量子密鑰足夠多少人分配呢？這個(gè)問(wèn)題完全不用擔(dān)心，因?yàn)槲覈?guó)自主打造的量子保密通信京滬干線就是一個(gè)實(shí)時(shí)不斷產(chǎn)生量子密鑰的源頭，能夠滿足安全通話等各應(yīng)用場(chǎng)景的量子密鑰需求。

“我們目前提供量子安全通話服務(wù)的量子安全SIM卡是基于國(guó)產(chǎn)密碼芯片和國(guó)產(chǎn)密碼算法的。量子安全SIM卡實(shí)現(xiàn)量子密鑰的存儲(chǔ)以及安全通話加解密服務(wù)，能夠滿足手機(jī)的量產(chǎn)需求。”鄭家升表示。

對(duì)于部分網(wǎng)絡(luò)媒體“在沒(méi)有信號(hào)的情況下，量子安全手機(jī)可以工作并保證信息安全”的說(shuō)法，鄭家升表示，可進(jìn)行量子安全通話的手機(jī)在基本功能上和普通手機(jī)一樣，沒(méi)有信號(hào)的情況下，無(wú)法正常通話。量子安全通話服務(wù)是將量子技術(shù)制備的密鑰應(yīng)用于安全通話，通話是需要網(wǎng)絡(luò)的，沒(méi)有信號(hào)無(wú)法進(jìn)行通話。“目前在手機(jī)上主要提供量子安全通話服務(wù)，后期可能會(huì)根據(jù)市場(chǎng)需求逐步開(kāi)發(fā)新的應(yīng)用。”鄭家升說(shuō)。

通信加密需求有待市場(chǎng)考證

記者了解到，量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)需要依托光纖網(wǎng)絡(luò)。而中國(guó)電信作為全球最大的光纖寬帶運(yùn)營(yíng)商，具備量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)所需的光纖資源。

今年11月，中國(guó)電信宣布正式啟動(dòng)“量子鑄盾行動(dòng)”并發(fā)布了量子城域網(wǎng)方案，布局量子安全產(chǎn)業(yè)，計(jì)劃在未來(lái)5年，通過(guò)“量子鑄盾行動(dòng)”率先為10個(gè)城市的公共安全提供“量子安全云”，為100個(gè)城市提供量子安全組網(wǎng)方案，為1萬(wàn)個(gè)政企客戶提供量子安全加密解決方案，為1000萬(wàn)移動(dòng)終端用戶提供量子安全通話服務(wù)。

量子城域網(wǎng)究竟是什么？中國(guó)電信相關(guān)人士表示，這是一種可建設(shè)覆蓋整個(gè)城市的量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)與傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，能實(shí)現(xiàn)基于量子安全技術(shù)的高等級(jí)安全通信服務(wù)。上述量子城域網(wǎng)項(xiàng)目可以理解為量子技術(shù)和通信網(wǎng)絡(luò)在實(shí)際商用中的結(jié)合。目前量子通信的相關(guān)試驗(yàn)網(wǎng)在安徽合肥已經(jīng)建成，合肥量子通信廣域網(wǎng)正在立項(xiàng)，根據(jù)中國(guó)電信的安排，預(yù)計(jì)在2020年底或2021年初，該項(xiàng)目將在部分區(qū)域小規(guī)模進(jìn)行試用。

有關(guān)專家指出，量子保密通信技術(shù)仍屬于新興技術(shù)，不論是量子安全通話服務(wù)還是量子安全超級(jí)SIM卡，隨機(jī)數(shù)還是QKD路線，都只是行業(yè)發(fā)展初級(jí)階段進(jìn)行的嘗試探索，需要在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中不斷改善、加強(qiáng)。

業(yè)內(nèi)專家表示，單純從通話加密而言，這對(duì)手機(jī)并不是一個(gè)新興功能，但加密方式有很多種，安全性也有差別，量子安全手機(jī)在加密的方式和安全性上有了新的突破。該類手機(jī)對(duì)于政企客戶，會(huì)是一個(gè)非常值得關(guān)注的功能。但就普通消費(fèi)者而言，對(duì)于加密通話功能的迫切性和必要性還有待觀察，因通話加密目前并不是手機(jī)市場(chǎng)的主流需求，數(shù)據(jù)安全非常重要，卻并不容易被消費(fèi)者感知。但隨著智能手機(jī)中存有越來(lái)越多的個(gè)人數(shù)據(jù)和金融信息，或許消費(fèi)者對(duì)通信加密的需求會(huì)日益增長(zhǎng)。