量子密钥分发系统设备与器件模块系列标准解读

2022-10-21 来源:中国通信标准化协会

一、 标准制定背景

以量子计算、量子通信和量子精密测量为代表的量子信息技术已成为信息通信领域前沿科研探索和技术产业升级的重要发展方向之一。在量子通信领域中,基于量子密钥分发(QKD)的量子保密通信技术已进入初步实用化阶段,多厂家支持可商用化的核心设备,相关试验网络建设与示范应用项目发展较为迅速,开展量子保密通信技术标准化研究的需求逐步明确,条件基本成熟。

为提升量子保密通信技术实用化与工程化水平,指导业界的产品研发、应用部署和运维服务,增强用户对于新兴技术产品的理解与信任,中国通信标准化协会(CCSA)成立量子通信与信息技术特设任务组(ST7),组织制定量子保密通信器件、系统、网络和应用等方面技术标准,为促进我国量子保密通信产业的健康发展提供规范和指导。

QKD是量子保密通信系统的核心,收发双方基于QKD系统生成共享对称密钥,在量子加密应用设备中使用对称加密算法结合QKD密钥,对业务信息进行加密传输,其中的QKD密钥存储、中继、管理和提供等过程,还涉及密钥管理设备与应用服务系统等软硬件系统。近年来,CCSA-ST7组织国内学术界和产业界成员,根据不同类型系统和器件的技术成熟度、商用化水平和标准化需求,开展QKD系统设备与模块器件相关系列标准的研究制定,如图1所示。

图1 量子密钥分发系统设备与器件模块系列标准

二、 标准主要内容

2021年5月,工业和信息化部发布实施YD/T 3834.1-2021《量子密钥分发(QKD)系统技术要求 第1部分:基于诱骗态BB84协议的QKD系统》和YD/T 3835.1-2021《量子密钥分发(QKD)系统测试方法 第1部分:基于诱骗态BB84协议的QKD系统》,成为我国量子保密通信领域的首个行业标准。其中,YD/T 3834.1-2021规定了系统分类、系统模型和参考点、系统参数要求、QKD设备技术要求、合/分波器技术要求、光路交换机技术要求、系统其他要求、电源电压容限范围和网元管理技术要求。YD/T 3835.1-2021规定了系统测试参考点、系统参数测试、QKD设备测试、合/分波器测试、光路交换机测试、系统其它测试、网元管理功能验证。

2021年6月,工业和信息化部发布实施YD/T 3907.3-2021《基于BB84协议的量子密钥分发(QKD)用关键器件和模块 第3部分:量子随机数发生器(QRNG)》,规定了基于BB84协议的QKD系统用量子随机数发生器(QRNG)的结构、功能模块、应用接口等要求,以及QRNG模块和接口的测试方法。

2022年上半年,工业和信息化部发布实施YD/T 3907.1-2022《基于BB84协议的量子密钥分发(QKD)用关键器件和模块 第1部分:光源》,YD/T 3907.2-2022《基于BB84协议的量子密钥分发(QKD)用关键器件和模块 第2部分:单光子探测器》。其中,YD/T 3907.1-2022规定了基于BB84协议的QKD系统用光源组件缩略语、术语和定义、技术要求、测试方法、可靠性试验、检验规则、标志、包装、运输和贮存要求。YD/T 3907.2-2022规定了基于BB84协议的QKD系统用雪崩光电二极管单光子探测器技术要求、测试方法、可靠性试验、检验规则、标志、包装、运输和贮存要求。

目前,CCSA-ST7立项在研的量子保密通信系统和器件相关行业标准还包括:《基于BB84协议的量子密钥分发(QKD)用关键器件和模块 第4部分:诱骗态调制模块》,《基于BB84协议的量子密钥分发(QKD)用关键器件和模块 第5部分:量子态编码模块》,《基于BB84协议的量子密钥分发(QKD)用关键器件和模块 第6部分:量子态解码模块》,《量子密钥分发(QKD)系统技术要求 第2部分:基于高斯调制相干态协议的QKD系统》,以及《量子密钥分发(QKD)系统测试方法 第2部分:基于高斯调制相干态协议的QKD系统》。其他技术方案、系统设备和模块器件,处于标准化预研的研究课题讨论阶段。

三、 标准实施意义

量子密钥分发系统设备和器件模块系列标准的制定和实施,对于促进我国量子保密通信行业的健康发展具有重要意义。一是为相关设备厂家在器件研制、设备研发和测试验证等方面,提供了功能、性能、稳定性和可靠性等方面的明确要求,有助于促进产业链上下游分工合作,提升系统设备集成化和实用化水平。二是为行业用户提供了设备选型、应用部署、网络建设和运维服务等方面的规范性参考,有助于提升应用部署的工程化水平和产业发展的商业推广能力。三是为社会公众全面认识和理解量子密钥分发的概念原理、系统组成、技术能力和适用范围等问题,提供基于业界共识的规范性说明,有助于消除对新兴技术的偏见或炒作,进一步凝聚促进发展的共识与合力。

作者信息:中国信息通信研究院 赖俊森,赵文玉,张海懿