基于QKD技術(shù)的量子保密電話在重大專項(xiàng)保電工作中的應(yīng)用

葉志遠(yuǎn) 湯億則 秦 浩 李志浩

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基于QKD技術(shù)的量子保密電話在重大專項(xiàng)保電工作中的應(yīng)用

葉志遠(yuǎn)1湯億則2秦 浩1李志浩1

1.安徽繼遠(yuǎn)軟件有限公司，安徽 合肥 230088 2.國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司，浙江 杭州 310007

重大專項(xiàng)保電工作對(duì)電力安全的要求極高，現(xiàn)代電網(wǎng)非常依賴信息安全。以量子密鑰分發(fā)為主的量子保密通信系統(tǒng)已在多個(gè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用，具有應(yīng)用基礎(chǔ)。將基于QKD的量子保密通信系統(tǒng)引入電力通信系統(tǒng)，與IP電話技術(shù)相結(jié)合，為重大專項(xiàng)保電工作中的指揮電話系統(tǒng)提供更高安全等級(jí)的解決方案。

量子保密電話；量子密鑰分發(fā)；保電

引言

隨著我國(guó)國(guó)際影響日益擴(kuò)大，越來越多的國(guó)際政治經(jīng)濟(jì)活動(dòng)在中國(guó)舉辦，其中不乏各國(guó)首腦參會(huì)的重要活動(dòng)，政治意義重大，電力安全承擔(dān)極大壓力。信息安全作為電網(wǎng)安全的關(guān)鍵部分，需要全盤考慮應(yīng)對(duì)各種新威脅，重點(diǎn)部署防護(hù)措施。其中保電指揮電話系統(tǒng)承擔(dān)的機(jī)密信息具有信息量大、機(jī)密等級(jí)高的特點(diǎn)，應(yīng)重點(diǎn)保護(hù)，有必要引入量子保密技術(shù)加強(qiáng)信息安全水平。

1 通信威脅分析

在電力系統(tǒng)針對(duì)信息傳遞通道的防護(hù)措施中，要求同時(shí)應(yīng)用“防”和“護(hù)”兩類技術(shù)手段[1]。“防御”手段多樣，包括網(wǎng)絡(luò)隔離、訪問控制、安全監(jiān)控、終端加固、準(zhǔn)入認(rèn)證、惡意代碼防護(hù)等措施；“保護(hù)”手段較為單一，主要采取通道加密、虛擬專網(wǎng)等措施，其中通道加密均為對(duì)密碼保密體系的應(yīng)用，如生產(chǎn)控制大區(qū)縱向邊界部署縱向加密認(rèn)證網(wǎng)關(guān)，調(diào)度采集類終端芯片加密、電力撥號(hào)認(rèn)證加密裝置、安全接入平臺(tái)等[2]。目前所有密碼保密手段均依靠大因數(shù)分解求解的計(jì)算難度為解密設(shè)置障礙，不僅面臨破解算法不斷突破、計(jì)算能力迅猛發(fā)展的挑戰(zhàn)，而且一旦量子計(jì)算機(jī)進(jìn)入實(shí)用化，解密周期將由100億年變?yōu)?分鐘，所有經(jīng)典保密措施都將形同虛設(shè)，量子保密技術(shù)將成為唯一在理論上不可破解的保密技術(shù)[3]。依照國(guó)網(wǎng)公司信息安全規(guī)劃內(nèi)“新技術(shù)安全”中“對(duì)各類新技術(shù)應(yīng)用所帶來的安全威脅和相應(yīng)的安全防護(hù)措施應(yīng)提前評(píng)估和研究，并針對(duì)性提出應(yīng)對(duì)要求或措施”的要求，應(yīng)當(dāng)引入量子保密技術(shù)解決方案，對(duì)保護(hù)信息通道的保密體系進(jìn)行革命性加固，有效應(yīng)對(duì)安全體系目前及未來所面臨的新威脅。

2 量子保密電話應(yīng)用

量子保密電話技術(shù)基于量子密鑰分發(fā)（QKD）方案，是量子保密通信技術(shù)中實(shí)用化最成熟的方案之一。將量子保密技術(shù)引入IP電話系統(tǒng)，成為重大保電工作的指揮專線，具有以下特點(diǎn)。（1）量子保密手段非常必要。電網(wǎng)系統(tǒng)在針對(duì)信息傳遞通道的防護(hù)措施中，“防御”手段相對(duì)豐富，“保護(hù)”手段較單一，所主要采用的通道加密和虛擬專網(wǎng)等措施，據(jù)資料顯示和公開報(bào)道，已受到眾多新破解技術(shù)的現(xiàn)實(shí)威脅。（2）量子保密技術(shù)安全可靠。首先，量子通信技術(shù)已被證明能夠無條件地保證信息在傳輸過程中的安全，其安全性為“不確定性定理”及“量子不可復(fù)制定理”所證明；其次，量子技術(shù)是我國(guó)在信息通信方面為數(shù)不多的占有世界領(lǐng)先地位的領(lǐng)域，擁有完全國(guó)有知識(shí)產(chǎn)權(quán)。（3）量子保密電話技術(shù)成熟。由國(guó)內(nèi)團(tuán)隊(duì)針對(duì)量子通信實(shí)用化展開的攻關(guān)研究中，已研制成功“電話一撥即通、語音實(shí)時(shí)加密、安全牢不可破”的量子保密電話，實(shí)現(xiàn)了“一次一密”加密方式的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)通話和三方對(duì)講機(jī)功能，并在國(guó)慶閱兵等重要場(chǎng)合試驗(yàn)應(yīng)用[4]。

3 技術(shù)實(shí)現(xiàn)

本方案的目標(biāo)是在市內(nèi)環(huán)境下搭建點(diǎn)對(duì)點(diǎn)視頻電話系統(tǒng)，量子系統(tǒng)部分采用“量子網(wǎng)關(guān)+量子VPN”的結(jié)構(gòu)，電話系統(tǒng)采用IP視頻電話，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如下圖1。在系統(tǒng)中，A（保電指揮后臺(tái)）、B（保電指揮現(xiàn)場(chǎng)）節(jié)點(diǎn)分別部署A型量子網(wǎng)關(guān)與B型量子網(wǎng)關(guān)，A節(jié)點(diǎn)與B節(jié)點(diǎn)需單獨(dú)通過1條裸光纖相連，作為量子信道，用于傳輸光量子信號(hào)形成量子密鑰；使用通用數(shù)據(jù)網(wǎng)作為經(jīng)典信道，用于傳輸經(jīng)過量子加密后的音視頻信息。經(jīng)典信道還用于密鑰協(xié)商、密鑰管理、設(shè)備管理等數(shù)據(jù)的傳輸。整個(gè)量子保密體系搭建簡(jiǎn)單，保密性好，便于維護(hù)，使用方便，對(duì)用戶完全透明，在為臨時(shí)保電專項(xiàng)工作提供全程保障后，設(shè)備還可無損耗再利用，應(yīng)用在其他電力固定業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)保護(hù)上。

圖1

4 總結(jié)

近期烏克蘭電網(wǎng)事故和以色列電網(wǎng)受攻擊等針對(duì)電網(wǎng)的安全攻擊事件接連出現(xiàn)，電網(wǎng)信息安全形勢(shì)嚴(yán)峻。重大專項(xiàng)保電工作對(duì)電力安全的要求極高，現(xiàn)代電網(wǎng)非常依賴信息安全。以量子密鑰分發(fā)為主的量子保密通信系統(tǒng)已在多個(gè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用，具有應(yīng)用基礎(chǔ)。本文將基于QKD的量子保密通信系統(tǒng)引入電力通信系統(tǒng)，與IP電話技術(shù)相結(jié)合，為重大專項(xiàng)保電工作中的指揮電話系統(tǒng)提供更高安全等級(jí)的解決方案。

[1]嚴(yán)曉玲，江冬娜.量子通信技術(shù)及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用分析[J].通訊世界，2015（21）：8-9.

[2]葉志遠(yuǎn)，王光發(fā)，李志浩，陳軍.RS系列串口在PTN架構(gòu)上的實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013（23）：91-94.

[3]徐啟建，金鑫，徐曉帆.量子通信技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用前景分析[J].中國(guó)電子科學(xué)研究院學(xué)報(bào)，2009（05）：491-497.

[4]吳華，王向斌，潘建偉.量子通信現(xiàn)狀與展望[J].中國(guó)科學(xué)：信息科學(xué)，2014（03）：296-311.

Application of Quantum Secret Telephone Based on QKD Technology in the Major Special Electric Power Protection Work

Ye Zhiyuan1, Tang Yize2, Qin Hao1, Li Zhihao1

1.Anhui Jiyuan Software Co.Ltd, Anhui Hefei 230088 2. State Grid Zhejiang Electric Power Company, Hangzhou Zhejiang, 310007

The requirement of major special protection work to electric power safety is very high, and the modern power grid is very dependent on information security. Quantum secure communication system based on Quantum Key Distribution has been applied in many fields. In this paper, the QKD based quantum secure communication system is introduced into the power communication system, which is combined with the IP telephone technology, which provides a solution for the higher security level of the telephone system.

Quantum secure telephone；Quantum Key Distribution；electric power safety protection.

TN918.1；O413

A

1009-6434(2016)07-0033-02

葉志遠(yuǎn)（1982—），男，安徽蚌埠人，高級(jí)項(xiàng)目經(jīng)理，從事電力信息化建設(shè)、電力通信建設(shè)等方面工作。