量子通信技術(shù)及其在電力系統(tǒng)中的應用分析

方晨

【摘要】：量子通信技術(shù)具備無條件安全性和被竊聽可檢測性兩大優(yōu)勢，該類優(yōu)勢是傳統(tǒng)通信技術(shù)無法企及的，在這一基礎(chǔ)上，開展電力系統(tǒng)中量子通信技術(shù)的應用分析工作，對于提升電力系統(tǒng)的工作效率具有很大的促進作用。鑒于此，筆者對量子通信技術(shù)及其在電力系統(tǒng)中的應用展開研究，旨在幫助電力電網(wǎng)行業(yè)提升通信速度與通信安全。

【關(guān)鍵詞】：量子通信技術(shù)；電力系統(tǒng)；

【前言】：電力行業(yè)的發(fā)展，與國民的日常生活息息相關(guān)。在現(xiàn)代社會中，電力系統(tǒng)、信息系統(tǒng)以及通信系統(tǒng)三方已經(jīng)逐漸融合為一體，在一定程度上為國民高質(zhì)量生活提供了保障。隨著電力系統(tǒng)發(fā)展規(guī)模的增大，信息化已經(jīng)成為電力行業(yè)中各項業(yè)務運轉(zhuǎn)的發(fā)展趨勢，此時，通信過程中敏感數(shù)據(jù)的安全加密工作質(zhì)量就逐漸成為社會關(guān)注重點。由于量子通信技術(shù)是迄今為止工公認的安全性保障技術(shù)，所以，針對量子通信技術(shù)及其在電力系統(tǒng)中的應用進行深入分析具有一定現(xiàn)實意義。

1.量子通信技術(shù)概述

1.1量子通信的技術(shù)原理

一般來講，量子通信技術(shù)的基礎(chǔ)是量子密鑰分配技術(shù)，其可以通過利用單光子不可分割、量子態(tài)不能復制的特點完成通信兩者之間的安全密鑰分配任務，進而實現(xiàn)無條件、不可破譯的安全加密通信管理。與傳統(tǒng)的數(shù)字光通信方法不同，量子通信能夠直接在單光子的振動方向上加載并完成信息的編碼，該種量子狀態(tài)無法實現(xiàn)精確復制[1]。除此之外，經(jīng)過量子通信技術(shù)加密完成后的數(shù)據(jù)傳輸過程中，所有的竊聽行為都會對量子狀態(tài)產(chǎn)生干擾，使得通信雙方對于數(shù)據(jù)傳輸情況進行實時監(jiān)視，繼而避免被竊聽問題出現(xiàn)。在這一基礎(chǔ)上，如果文件在傳輸?shù)倪^程中被竊取，竊取者也不能計算出隨機生成的加密密鑰并破解，在很大程度上提升了通信數(shù)據(jù)的安全性能。

1.2量子通信加密系統(tǒng)

在量子通信加密系統(tǒng)中，需要使用兩種信道維持業(yè)務傳輸工作順利進行，一是業(yè)務數(shù)據(jù)固有傳輸信道，二是量子密鑰傳輸所使用的單獨信道，為裸纖直連。當通信雙方的密鑰生成器判斷單光量子態(tài)的工作完成后，會根據(jù)判斷結(jié)果將量子態(tài)轉(zhuǎn)化為二進制碼[2]。在這一過程中，由于單光子的狀態(tài)是隨機發(fā)送的，并且在傳輸?shù)竭^程中無法被竊取，所以兩者能夠生成同一種二進制秘鑰。最后，通過量子加密機的加工，將數(shù)據(jù)內(nèi)容與密鑰進行“一次一密”加工，該流程完成后，由發(fā)送機在原始信道上進行數(shù)據(jù)傳輸，當通信對方接收時，只需要使用相同的密鑰完成解密就能夠獲取到通信信息內(nèi)容。

2.量子通信技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應用

在電力系統(tǒng)中，量子通信技術(shù)的應用，主要是為了保護電力生產(chǎn)和管理業(yè)務的數(shù)據(jù)信息傳輸。一般來講，針對電網(wǎng)生產(chǎn)業(yè)務進行數(shù)據(jù)的加密傳輸工作，主要是為了提升電網(wǎng)生產(chǎn)的安全性，主要涉及到電網(wǎng)的生產(chǎn)、安裝、調(diào)度自動等，此類數(shù)據(jù)網(wǎng)的存在，是電力生產(chǎn)安全的基礎(chǔ)，不但承載著電網(wǎng)運行安全的狀態(tài)監(jiān)控，也對電網(wǎng)的安全運行提供了重要的保障。

2.1建立遠距離國際量子通信互聯(lián)網(wǎng)

通過對量子通信技術(shù)的研究，可以將其應用在量子科學實驗衛(wèi)星上，于全球范圍內(nèi)構(gòu)建起遠距離、跨洲際的國際量子通信互聯(lián)網(wǎng)。依據(jù)我國當前已經(jīng)布置的量子衛(wèi)星地面接收狀況來講，可以在原有基礎(chǔ)上把諸如新疆地區(qū)南山位置與河北地區(qū)興隆位置的接收站視作跨省量子通信網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)網(wǎng)試點，完成中國東西兩方面的電力信息傳輸工作，該試點也能夠作為我國東部地區(qū)和西部地區(qū)周邊區(qū)域的城域網(wǎng)接入的最終聚集點[3]。與此同時，還應該積極利用政府部門構(gòu)建完成的京滬干線，將其有效接入電力系統(tǒng)中，達到南北通信貫通目的。除此之外，還應該將京滬沿線的周邊城市的通信網(wǎng)以量子通信的方式接入，有效拓展量子通信網(wǎng)絡(luò)各點的縱度。

2.2對電力業(yè)務進行驗證和應用

為了有效驗證電力業(yè)務的運行效果，首先應該針對國內(nèi)重要城市開展量子通信電網(wǎng)構(gòu)建工作，將量子通信技術(shù)應用到電力電網(wǎng)構(gòu)建系統(tǒng)中去，奠定量子通信在電力行業(yè)中的試點應用基礎(chǔ)。通過對政府部門建設(shè)完成的城市量子信息通信實驗的分析，最大程度將實驗電網(wǎng)的資源利用起來，在實驗點的選擇上，可以從北京、深圳、上海等政治、經(jīng)濟發(fā)達城市布建區(qū)域性量子通信網(wǎng)絡(luò)[4]。另外一方面，該類城際電網(wǎng)的組建，不僅對電力系統(tǒng)東西步互聯(lián)、南北城市的貫通具有積極的促進作用，也對干線網(wǎng)“點替代面”的通信的擴散起到了較大的推動作用，最終提升了國內(nèi)現(xiàn)有電網(wǎng)的組網(wǎng)模式的規(guī)模和密度。

2.3根據(jù)電力通信特征進行應用量子通信技術(shù)

在電力系統(tǒng)中應用量子通信技術(shù)時，應該根據(jù)電力通信的本質(zhì)特征合理應用量子通信技術(shù)。首先，技術(shù)應用人員需要針對市場電力通信業(yè)務進行實地調(diào)查，填寫出完成的量子通信系統(tǒng)安全生態(tài)數(shù)據(jù)報表，然后開展現(xiàn)代社多樣化應用系統(tǒng)的信息安全生態(tài)調(diào)研，依照安全級別量化現(xiàn)有安全優(yōu)先級，明確電網(wǎng)建設(shè)的相關(guān)要求并滿足。其次，按照電力業(yè)務的應用要求以及滿足條件展開業(yè)務的應用示范及驗證工作，之后將部分具有重要、獨立特征的信息通信系統(tǒng)采用量子通信技術(shù)進行安全加固。在量子通信技術(shù)的研發(fā)更新過程中，應該積極與先進的專業(yè)團隊建立合作關(guān)系，提升量子通信相關(guān)領(lǐng)域的人才培養(yǎng)數(shù)量。最后，根據(jù)凝煉完成的驗證成果，制定出量子通信設(shè)備的入網(wǎng)規(guī)范，擴大量子通信技術(shù)的應用范圍，進而形成完善的電力量子通信集運行和維護為一體的管理系統(tǒng)。

總結(jié)：綜上所述，隨著科學技術(shù)的不斷更新以及電力系統(tǒng)信息化程度的不斷加深，電網(wǎng)的安全運行愈加依賴電力通信技術(shù)保護。在這一前提下，本篇對量子通信技術(shù)及其在電力系統(tǒng)中的應用進行了分析，從量子通信技術(shù)概述著手，闡述了量子通信的技術(shù)原理以及量子通信的加密系統(tǒng)，然后開展了量子通信技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應用研究，分別從建立遠距離國際量子通信互聯(lián)網(wǎng)、對電力業(yè)務進行驗證和應用等多個角度進行了具體描述，希望此次的研究可以為電力電網(wǎng)通信質(zhì)量提升提供參考。

【參考文獻】：

[1]吳渲.量子通信技術(shù)在電力通信方面的應用[J].信息與電腦：理論版2017：8（17）：57-58.

[2]陳智雨，高德荃，王棟，等.面向能源互聯(lián)網(wǎng)的電力量子保密通信系統(tǒng)性能評估[J].計算機研究與發(fā)展，2017，54（4）：711-719.

[3]王礦巖.量子通信技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及面臨的問題研究[J].通訊世界，2017，6（1）：110-111.