量子通信技術及其在金融領域的實踐與思考

◆程東亮

量子通信技術及其在金融領域的實踐與思考

◆程東亮

（中國人民銀行武漢分行 湖北 430000）

量子通信技術利用量子物理學和密碼學相關原理，為通信雙方建立絕對安全的通信方式。本文通過介紹量子通信及其在保密性、通信距離和通信容量等方面的優勢，分析了量子通信技術在金融領域的應用現狀，思索了量子通信在技術、成本、標準等方面所存在的若干問題，提出了加大量子通信技術的研究實踐，實現金融網絡傳輸安全可控的目標。

量子通信；金融；思考

0 引言

隨著通信技術的不斷發展，無線傳輸給我們的生產、生活帶來較大便利的同時，其潛在的安全隱患更值得我們高度重視。一是信息泄露問題。利用無線通信的開放共享的通信信道，在無線信道上竊聽截獲通信信息，分析獲取用戶數據，使得用戶的重要數據信息泄露，個人信息等隱私數據得不到保護。二是數據篡改風險。通過增加天線發射功率等非法手段，非法覆蓋并獲取小功率無線節點，篡改授權用戶的合法數據信息，或是散布虛假詐騙信息，侵害用戶的合法權益。三是網絡攻擊隱患。通過非法手段破壞無線網絡，如拒絕服務DDos攻擊消耗無線網絡的有限帶寬，采用MAC地址欺騙技術偽裝合法用戶的數據包等，破壞合法的無線上網行為，無線網絡的安全可靠性得不到有效維護。

提供可控性、抗抵賴性、真實性的安全通訊，一方面是保證傳輸介質的物理安全，使任何人都不可能在傳輸介質上接上自己的竊密線或“竊聽”，能采用高技術加壓電纜以獲得通訊介質的物理安全，但成本昂貴；另一方面是利用密碼機制保障重要數據的傳輸安全，但伴隨著傳統加密算法的數學根基遭受嚴峻挑戰，破譯數學密碼已成為可能，單純的數據加密已無法保證信息的絕對安全。因此，量子理論成為數據通信的安全保障。

量子加密通信通過不依賴計算復雜度的量子密鑰分發機制來保證通信安全，是從原理上保證通信無條件安全的新型加密通信技術，是最先得到實用化的量子信息技術，也是量子加密與當前通信技術最可行的實現方案。量子通信為打造“絕對安全”的通信系統奠定了理論基礎。

1 量子通信概念

量子通信是量子物理學和密碼學相結合的一門新興學科，利用量子態的物理性質為通信雙方提供絕對安全的通信方式。依托量子力學不確定性原理和量子態不可克隆定理，量子保密通信雙方在理論上能夠檢測到竊聽行為并采取相應的措施，確保信息傳輸的安全保密。

量子通信有廣義和狹義之分：

（1）廣義的量子通信：指量子隱形傳送，即利用量子糾纏態的特性，通過將某個粒子的未知量子態傳送到另一個地方來實現信息傳遞。其中僅傳輸量子狀態而并不傳輸量子本身。

（2）狹義的量子通信：指量子密鑰分配，即基于量子力學的測不準關系和量子不可克隆定理，利用量子狀態作為信息加密和解密的密鑰，是密碼學與量子力學相結合的產物。量子密鑰分配以量子態為信息載體，在通信中不傳輸密文而傳輸密鑰，使通信雙方共享密鑰。

2 量子通信優越性

量子通信與傳統通信技術相比具有巨大的優越性。

2.1無條件的安全性

量子密碼學不依賴復雜的數學算法，突破了傳統加密方式的束縛，它以量子狀態作為密鑰，任何截獲、復制或更改操作都會改變量子狀態，從而實現了數據傳輸的不可竊聽、不可復制。基于量子密碼學技術，量子通信能保證通信雙方之間密鑰分配和信息通信的絕對安全。

2.2極高的信息傳輸效率

根據量子力學的疊加原理，一個n維量子態含有2n個態信息，而量子并行性使得量子計算機可以同時對2n個數進行數學運算，因此使用量子計算機對n維量子態進行傳輸，效率顯著提高。

2.3較強的抗干擾力

量子通信屬于遠距離通信，不被任何障礙阻隔，具備穿越大氣層的能力，線路零時延的特性極大提升了傳輸速度，無電磁輻射污染保障了信道的充分環保，為未來建立全球化量子通信網奠定了基礎。

3 量子通信在金融領域的應用

目前，量子通信技術走在前列的主要有美國、歐洲和中國。研究成果方面，歐洲領先于美國，而在量子通信的應用方面，中國則走在了世界的前列。產業界也已經可以成熟地控制光量子的產生、傳輸和探測，無條件安全密鑰已實現工程化，量子通信具備的絕對安全特性，這是傳統通信方式所不具備的，在國家安全、金融信息安全等領域有著重大的應用價值和發展前景，并逐漸走進人們的日常生活。

金融領域是量子通信技術應用較為成熟的領域之一，金融信息海量數據合理高效的存儲、管理、傳輸、應用，保障數據信息的安全可靠性和私密性是當前的主要難題。而在目前可實用化保密通信體系中唯有量子保密通信具有嚴格的安全性證明，應用量子保密通信原理性技術手段，在物理層上實現金融數據量子加密傳輸與存儲解決方案，可作為未來金融與資訊領域的先進通信安全技術手段儲備，有望滿足未來金融與資訊領域的通信安全重大需求。在中國人民銀行、中國銀監會等單位的指導下，國內多家銀行與證券單位已經或正在進行同城數據備份和加密傳輸、網上銀行加密、異地備災及視頻會議等示范應用。2017年，中國人民銀行組織開展了量子保密通信技術驗證及應用示范項目，此項目以人民銀行為核心，驅動部分商業銀行共同參與，機構之間的通信加密應用選擇了“人民幣跨境收付信息管理系統（RCPMIS）”，測試達到了預期目標。此外，國盾量子先后助力工商銀行實現異地數據千公里級量子加密傳輸技術的應用，為交通銀行打造企業網銀量子保密通信創新應用，與北京農商銀行打造環網多路由保護的量子保密通信同城數據災備應用，在上海建成全球最大的金融服務量子通信城域網“上海張江金融網絡”。

區塊鏈的分布式記賬方式在金融等各個領域的應用需求不斷增長，區塊鏈的安全問題也成為業界備受關注的熱點。隨著量子保密通信的崛起及量子密碼學的不斷發展，將量子密鑰分發與區塊鏈技術相結合，為現代金融領域提供全新的安全保障方案將成為區塊鏈抵御未來量子計算機攻擊的必然趨勢。

4 需要思考的幾個問題

政策上，我國對量子通信技術已經打開了一路綠燈，作為“十三五”規劃重點提及的信息安全通信技術，國內應用走在全球前列，加速了量子通信應用的落地；技術上，我國的量子通信技術已經能夠實現初步商用要求，率先建立了多個城際量子干線網，成功發射全球第一顆量子科學實驗衛星，首次實現衛星和地面間量子通信。但在技術、成本和標準等方面還存在很多問題，大規模應用目前也難以實現。為此，必須要做到以下幾方面：

4.1必須進一步提高穩定性、可靠性

在理論和應用方面，金融行業對數據通信的安全性、穩定性、可靠性要求很高，金融交易過程是否安全、交易結果數據是否得到高可靠的存儲與傳輸，一直是關注的焦點。量子通信在穩定性、抗干擾性能方面還存在一些局限性，理想的量子通信協議在現實技術條件下難以實現，制約了量子通信在金融領域全面推廣和普及應用。在現有條件下，基于量子密鑰分配或量子隱形傳態的通信技術很難在通信速率、通信距離、抗干擾等方面超越經典通信系統。現有的光量子傳輸速率仍達不到光纖傳輸，單光子源生成、量子態控制及量子測量等技術并不成熟。

4.2必須進一步降低成本

量子通信技術仍僅限于小范圍測試和研究，其傳輸成本可能比傳統傳輸技術的成本更高。在提升量子通信技術的穩定性和成熟度同時，應考慮通過在金融領域的規模部署，大幅降低成本，逐步實現市場可接受成本。

4.3必須規劃和標準先行

在標準和政策方面，目前國內尚未制定完善的量子通信相關標準體系；當前量子通信正處于應用的起步階段，在國家相關宏觀政策的指導下，金融行業應通過探索量子通信實驗網絡建設，積極推動相關技術和標準的研究，逐步建立基于量子通信的金融數據通信安全制度和標準，進一步規范量子通信技術在金融領域的研究和應用，循序漸進，穩步推動金融業網絡體系架構的不斷優化完善和轉型升級。

4.4必須凝聚產業各方力量

現階段量子通信項目的開展主要以高校、科研院所為主，市場其他設備廠商、集成商參與范圍很小。僅靠金融領域用戶積極性推動力有限，不利于量子通信的產業化和推廣。金融監管機構需要有一個能夠激發產業能力的舉措和平臺，進一步凝聚各方力量，將量子通信在金融領域產業化推進到一個新高度。

5 結束語

量子通信作為未來通信行業的新興戰略制高點，已經成為我國在高新技術研究及應用領域與國際發展保持同步并且有望實現跨越的突破口。相比于傳統通信技術，量子通信在保密性、通信距離和通信容量等方面具有很明顯的優勢。在金融領域，將量子加密通信技術與金融行業新一代網絡傳輸技術相結合，提高傳輸網絡中加密信息的安全性，是抵御未來計算攻擊的必然趨勢。在國民經濟迅速發展的大背景下，需要加大量子通信在金融領域的投入和研究力度，加強政策引領，通過量子加密技術實現金融網絡信息傳輸安全的自主可控，并為更大范圍投入應用不懈努力。

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