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1、CIC中国通信学会 量子保密通信技术发展量子保密通信技术发展 及应用前沿报告及应用前沿报告 （20202020年年） 中国通信学会中国通信学会 2020年年12月月 CIC中国通信学会 版权声明版权声明 本前沿报告本前沿报告/ /白皮书白皮书版权属于版权属于中国通信学会中国通信学会，并受法律，并受法律 保护保护。转载、摘编或利用其它方式使用转载、摘编或利用其它方式使用本报告文字或者观点本报告文字或者观点 的，应的，应注明注明“来源：来源：中国通信学会中国通信学会” 。违反上述声明者，本。违反上述声明者，本学学 会会将追究其相关法律责任。将追究其相关法律责任。 CIC中国通信学会 专家组和撰写组。
2、名单专家组和撰写组名单 顾问顾问： 尹 浩 中国科学院院士 许楚国 中国通信服务股份有限公司 副总经理 专家组：专家组： 组长：组长： 钮海明 中国通信建设集团有限公司董事长、总经理 通信建设工程技术委员会 主任委员 副组长：副组长： 姓名 单位 职务 李全法 中国通信建设集团有限公司/通信建设 工程技术委员会 资深副总裁/副主 任委员 吴伟 中国电信集团有限公司云网发展部/通 信建设工程技术委员会 副总经理/副主任 委员 边燕南 中国移动通信集团有限公司计划建设 部/通信建设工程技术委员会 副总经理/副主任 委员 马红兵 中国联合网络通信集团有限公司云网 运营中心/通信建设工程技术委员会 总。
3、经理/副主任委 员 张蕴洲 中国铁塔集团公司工程建设部/通信建 设工程技术委员会 副总经理/副主任 委员 孔力 中讯邮电咨询设计院有限公司/通信建 设工程技术委员会 总工程师/副主任 委员 CIC中国通信学会 王长峰 北京邮电大学经济管理学院/通信建设 工程技术委员会 所长/副主任委员 成员：成员： 姓名 单位 职务 孙丽珍 中国通信建设集团有限公司 专家/教授高工 梁麦先 中国通信建设集团有限公司 专家/教授高工 陈崴嵬 中国通信建设集团设计院有限公司 副总经理/教授高 工 左崴东 国科量子通信网络有限公司 副总裁/教授高工 王光全 中国联通研究院 网络研究部主任/ 教授高工 撰写组撰写组：。
4、 单位 姓名 中国通信建设集团设计院有限公司 申虹 北京科技大学/国科量子通信网络有限公司 马彰超 中国通信建设集团设计院有限公司 韩鹏 中国通信建设集团设计院有限公司 郭兆强 中国联通网络技术研究院 沈世奎 CIC中国通信学会 前前 言言 人类基于量子力学对微观粒子系统的观测和调控能力不断突破 和提升，量子科技革命的第二次浪潮正在到来。量子信息科学是量子 力学与信息科学等学科相结合而产生的新兴交叉学科，量子计算、量 子通信、量子测量是量子信息科学发展的三个重要领域，未来也是技 术创新和产业升级的关注焦点。 2000 年以来， 全球量子信息技术发展与应用呈现加速趋势。 美、 欧、亚各国高度重视。
5、，均将量子信息列为“保持国家竞争力”的重点 课题。我国对于量子信息技术和产业发展的重视程度也在逐步提高。 2015年， 习近平总书记在关于 “十三五” 规划建议的说明中明确指出， 要在量子通信等领域部署体现国家战略意图的重大科技项目。 在随后 发布的创新驱动发展战略纲要、科技创新规划、信息化规划、技术创 新工程规划、 科技军民融合发展专项规划等十余项重要国家政策中均 明确要求推进量子通信的发展，发改委、工信部、科技部、网信办、 各地政府等也纷纷出台政策给予支持。2020 年 10 月 29 日，十九届 五中全会通过的 中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五 年规划和二 0 三五年远景目标。
6、的建议中也明确指出“瞄准量子信息 等前沿领域，实施一批具有前瞻性、战略性的国家重大科技项目” 。 近年来， 我国在基于光纤网络的量子保密通信技术和星地量子密钥分 发技术方面开展了系统性的深入研究， 在量子保密通信技术实用化和 应用方面取得了丰硕成果，并在金融、电力等相关行业领域成功开展 了应用示范，总体上处于国际领先地位。 CIC中国通信学会 根据中国通信学会组织各专业委员会开展前沿报告的工作安排， 通信建设工程技术专委会组织量子通信领域产学研用各领域专家学 者多方研讨，撰写了本报告。本报告放眼全球、聚焦国内，研究汇总 量子保密通信全球发展态势及我国发展现状，提出技术预见，分析量 子保密通信工。
7、程建设中的重大难题，提出技术和产业政策建议。本报 告内容涉及面广， 希望能够为产业界同仁把握量子保密通信领域发展 趋势和技术产业发展方向提供参考， 也可作为政府部门制定政策的参 考。 中国通信学会通信建设工程技术委员会 主任委员： 2020 年 12 月 CIC中国通信学会 目目 录录 一、一、 研究概述研究概述 . 1 二、全球发展态势二、全球发展态势 . 2 （一）量子保密通信标准化进展 . 2 1. ITU-T . 2 2.ISO/IEC . 5 3.ETSI . 6 4.IETF . 8 5.IEEE . 8 （二）世界主要国家量子通信发展情况 . 9 1.美国 . 9 2.欧盟 . 。
8、11 3.英国 . 13 4.日本 . 15 （三） 小结 . 17 三、我国发展现状三、我国发展现状 . 17 （一）我国政府积极推动量子保密通信发展 . 17 （二）国内标准化进展 . 19 （三）国内技术研究、试点验证及商用部署 . 23 1.网络建设情况 . 23 2.应用示范情况 . 25 （四）小结 . 25 四、技术预见四、技术预见 . 25 （一）量子密钥分发技术 . 25 （二）量子密钥分发组网技术 . 27 （三）支持灵活组网的密钥中继路由技术 . 31 （四）量子密钥分发与经典光通信共纤传输技术 . 32 五、工程难题五、工程难题 . 33 （一）QKD 系统性能瓶颈限制。
9、其应用推广 . 33 （二）相关标准化研究和测评处于起步阶段，对产业化应用的支撑不足 33 （三）安全方案未经过大范围验证 . 33 （四）产业化尚处起步阶段，以需求为导向的发展动力不足 . 34 （五）网络建设中建设成本较高，配套资源受限较大 . 34 （六）其他工程挑战 . 35 六、政策建议六、政策建议 . 35 （一） 技术政策建议 . 35 1.网络建设 . 35 2.应用试点 . 38 （二） 产业政策建议 . 41 1.发展模式 . 41 2.技术创新 . 43 3.企业培育 . 44 （三） 政策保障建议 . 46 1.组织保障 . 46 2.政策保障 . 46 3.人才保障 。
10、. 46 4.金融保障 . 47 CIC中国通信学会 1 一、 研究概述 上世纪中叶， 人类以量子力学为基础开始认识和利用微观物理规 律，推动产生了激光器、半导体和原子能等具有划时代意义的重大科 技突破。 进入二十一世纪， 量子技术与信息技术深度融合， 第二次 “量 子革命”正在到来。量子信息科学是量子力学与信息科学等学科相结 合而产生的新兴交叉学科，目前其重点发展方向包括量子通信、量子 测量和量子计算三个领域，分别以面向无条件安全的保密通信、超强 的计算能力、精密探测突破了信息科学的经典极限，将为信息社会的 演进提供强劲动力。 量子计算利用“量子比特”量子叠加态的特性，通过量子态的受 控演化。
11、实现数据的存储计算。随着量子比特数量增加，量子计算算力 可呈指数级规模拓展， 理论上具有经典计算无法比拟的超强并行处理 能力。以 IBM 的超级计算机 Blue Gene 为例，它需要花费上百万年才 完成的数据处理，而量子计算机只需要几秒。将量子计算比喻成矛， 将有望“吾矛之利，于物无不陷也” 。量子计算在带来强大算力的同 时，也将引发全新信息安全挑战。现有公钥体系的安全性基于单向计 算复杂度的数学难题，即便增加算法复杂度和密钥长度，也将难于抵 御量子计算攻击，经典加密通信面临严重威胁。当前信息社会和数字 化经济时代，信息安全形势日益复杂，量子保密通信技术应运而生， 将以“吾盾之坚，莫之能陷也。
12、”构建信息安全关键屏障。 基于量子密钥分发（Quantum Key Distribution，QKD）与经典对 称密码算法相结合的量子保密通信技术是是量子通信领域中率先走 CIC中国通信学会 2 向实用化和产业化的技术方向， 有望为信息安全领域带来可实现长期 安全性保障的保密通信方案。近期,全球主要国家和发达地区纷纷加 快部署。 本报告将研究汇总量子保密通信全球发展态势及我国发展现状， 提出技术预见，分析量子保密通信工程建设中的重大难题，并对其发 展前景进行展望，提出技术和产业政策建议。 二、全球发展态势 （一）（一）量子保密通信标准化进展量子保密通信标准化进展 欧洲电信标准化协会（ETSI）。
13、早在 2008 年便启动量子密钥分发 标准化工作。近年来，世界三大国际标准化组织国际电信联盟 （ITU） 、国际标准化组织（ISO） 、国际电工协会（IEC）均启动了量 子保密通信相关标准化工作。 另外， 国际互联网工程推进组 （IETF） 、 国际电子电气工程师协会 （IEEE） 等专业性国际标准化组织也在开展 量子保密通信的标准化工作。 1. ITU-T ITU-T 是国际电信联盟负责全球 ICT 事务标准化的联合国官方 机构。2018 年以来 ITU-T 立项制定 QKD 网络框架及功能架构、安全 总体要求、 密钥管理技术及安全要求、 QKD 密钥加密要求、 QRNG 架 构等 18 项。
14、国际标准，详见表 1。 目前，ITU-T 聚焦在 QKD 网络标准化方面，具体工作涉及 ITU 多个工作组，主要力量来自中、日、韩、美、欧，包括国科量子、科 大国盾、韩国 SK Telecom、KT、LGU+、瑞士 IDQ、日本 NICT、美 CIC中国通信学会 3 国 QAI 联盟等。 另外，我国自 2018 年向 ITU 提出设立“面向网络的量子信息技 术”焦点组提案， 一经提出即受到来自美、 英、 加等西方国家以及 ETSI 等竞争标准组织的重重阻碍。 经过一年时间的不懈努力， 最终在 2019 年 9 月， 我国代表团成功在 ITU 推动设立“面向网络的量子信息技术” 焦点组。该焦点组。
15、由中、美、俄三国专家担任联合主席，希望构建全 球量子标准化统一平台，联合 ITU 内外部专家力量，加速、高效开展 量子信息技术的标准化工作。目前，焦点组正在起草量子保密通信相 关的用例、协议、传输、术语、标准化路线等 5 项研究报告。 表 1 ITU QKD 标准项目 标准缩写 标准名称 时间计划 ITU-T SG13 开展的 12 项 QKD 网络相关标准 Y.3800 支持量子密钥分发的网络框架 Framework for Networks to supporting Quantum Key Distribution 2019 年 10 月 发布 Y.3801 量子密钥分发网络-功能需求 。
16、Functional requirement of the Quantum Key Distribution network 2020 年 5 月发 布 Y.3802 量子密钥分发网络-功能架构 Functional architecture of the Quantum Key Distribution network 2020 年 7 月工 作组同意 Y.3803 量子密钥分发网络-密钥管理 Key management for Quantum Key Distribution network 2020 年 7 月工 作组同意 Y.3804 量子密钥分发网络-控制与管理 Control and Management for Quantum Key Distribution Networks 2020 年 7 月工 作组同意 Y.QKDN_S DNC 量子密钥分发网络-软件定义网络控制 Software Defined Network Control for Quantum Key Distribution Networks 2021 年 9 月计 划结项 CIC中国通信学会 4 标。