量子保密通信在金融領域的應用研究

許 健

量子科技時代已經開啟，習近平總書記在黨的二十大報告中對量子信息取得的重大成果給予了肯定。2022年諾貝爾物理學獎不負眾望地頒發給量子信息領域，在全球范圍內再次引發社會公眾對量子科技的高度關注。本文立足于金融行業視角，探索量子保密通信技術在金融實際場景中的應用落地，為數字經濟時代背景下金融行業發展受物理學定律保護的高度信息安全方案提供借鑒思路。

量子保密通信為金融行業數據安全傳輸提供新思路

數據安全是金融機構的“生命線”，金融業涉及的隱私數據量級遠超其他行業，如何提升數據安全保障能力，是作為支撐我國國民經濟重要行業的金融業時刻需要關注的問題。然而，量子科技的飛速發展對金融機構廣泛應用的公鑰加密算法體系帶來了挑戰，從而導致金融業數據安全面臨潛在風險（吳永飛等，2022）。

在此背景下， 后量子密碼（ Post - Quantum Cryptography，PQC）和量子保密通信（Quantum Encrypted Communication，QEC）兩類解決方案應運而生。后量子密碼聚焦研究量子計算的優劣勢所在，對經典密碼算法進行有針對性的改造，使其能夠有效抵抗量子計算的攻擊；量子保密通信則關注運用量子的特性來實現保密通信技術應用。兩種路線齊頭并進，在技術發展和業界應用方面均取得了一系列成果。

在P Q C方面，基于哈希（Hash-based）、基于編碼（Code-based）、基于多變量（Multivariate-based）和基于格（Lattice-based）等密碼學發展是當前主要的技術流派。與此同時，各類后量子密碼方案如雨后春筍般涌現。金融行業在后量子密碼研究方面先試先行，工商銀行分別在2021年及2022年針對NIST發布的最新后量子密碼算法開展了技術驗證，并完成了在業務場景應用的分析評估及核心加密服務平臺應用的建設方案設計，且已與網絡設備供應商開展了安全網關升級替代方案的聯合創新——在合作方通信場景實現對應用透明的抗量子計算攻擊的安全傳輸通道（呂仲濤，2022）。

在QEC方面，包括量子（安全）直接通信（Quantum Secure Direct Communication，QSDC）和量子密鑰分發（Quantum Key Distribution，QKD）兩大主流技術方案。其中，QSDC方案將信息加載于量子態，可直接在量子信道進行傳輸。我國在QSDC技術與應用方面一直處于國際前沿水平，華夏銀行、北京量子信息科學研究院、清華大學和龍盈智達（北京）科技有限公司已在全球范圍內首次實現量子直接通信在金融領域的應用落地，取得了良好示范效果。另外，QKD技術憑借其一次一密、無條件安全的密鑰分發機制與特性，已在國防、政務、金融等多個領域開展了技術驗證和應用示范工作，近年來在金融行業陸續得到嘗試性應用并取得良好成效，本文則進一步聚焦于QKD技術在金融行業的應用探索。

量子密鑰分發在金融領域的應用發展

QKD是一種利用量子態進行密鑰協商的技術，它以量子物理原理為基礎，能夠提供無條件安全的密鑰分發。QKD技術至今已有近40年的研究歷史，以1984年由Bernnett和Brassard提出的“BB84協議”為例，該協議得名取自于其兩位締造者的姓氏首字母和提出年份。從初代的BB84協議發展至今，各國學者們根據不同物理原理、傳輸介質和編碼方式提出了多種量子密鑰分發協議。

在實踐方面，量子密鑰分發系統的商業化應用上線標志著該項技術在實用化道路上的日益成熟。目前，國內多家金融機構基于QKD量子密鑰分發技術在QEC量子保密通信方面積極開展應用探索。典型應用包括：工商銀行于2015年應用相關技術實現了北京分行、上海分行電子檔案信息在同城間的加密傳輸；中國銀行于2018年實現了京滬異地千公里級數據量子加密傳輸應用；興業銀行于2020年建立了濟南分行中心機房與同城災備機房之間的量子保密通信網絡，為中心機房與同城災備機房之間災備數據及視頻會議的傳輸提供量子安全加密保障。

在QKD相應的量子保密通信基礎設施領域，我國也取得了一系列重要進展。除了以“墨子號”量子科學實驗衛星和“京滬干線”為代表的量子保密通信網絡基礎設施外，我國還建成及規劃了包括武合、滬合、濟青、成渝、粵港澳、漢渝、杭廈、京哈、京漢及京廣等在內的多條骨干網，并部署了貴州、山東省干網，以及在北京、濟南、重慶、合肥、棗莊、宿州、貴陽、成都、金華、南寧等地建設了城域網，同時廣州、珠海、東莞、西安、杭州、海口、南京、上海的城域網也在持續建設中。

我國QKD相關量子保密通信基礎設施雖已日趨完善，然而我國幅員遼闊，很多情況下金融機構、金融監管機構需要進行超遠距離傳輸，僅依靠骨干網傳輸尚難以完全滿足需求。因此，星地一體化的QKD量子保密通信方案應運而生。據神州信息官方網站披露，中國人民銀行已成功落地了星地一體量子加密應用，率先利用“墨子號”空間量子科學實驗衛星，實現了中國人民銀行總行與烏魯木齊中心支行間的“人民幣跨境收付信息管理系統”量子加密應用，為金融監管機構的遠距離信息安全傳輸提供了新方案。

“6‘2’+6D”視角下量子保密通信在金融領域的應用

本文基于《量子直接通信天然融入金融領域 應用前景廣闊》文章中提出的量子直接通信在金融領域的應用框架（吳永飛等，2022），并結合人民銀行星地一體QKD量子加密應用場景，進一步完善提出“6‘2’+6D”量子保密通信金融場景應用框架方法論。從應用及參與的主體方面來看，量子保密通信可有效解決銀行與客戶、銀行與銀行、客戶與客戶、歷史與未來、銀行與監管機構以及監管機構與監管機構之間的高度信息安全傳輸問題。從具體業務應用來看，典型場景涵蓋數字信貸業務場景、遠程辦公與運維場景、客戶數據服務場景、同城數據備份場景、監管信息報送場景以及屬地監管場景（見圖1）。

圖1 “6‘2’+6D”量子保密通信金融場景應用框架方法論

以監管機構與監管機構間的屬地監管場景為例，中國人民銀行“人民幣跨境收付信息管理系統”（RMB CrossBorder Payment&Receipt Management Information System，RCPMIS）數據傳輸就是該應用的經典案例。凡開展跨境人民幣業務的銀行均應接入RCPMIS，該系統主要負責收集人民幣跨境收付業務相關信息。RCPMIS的數據報送遵照集中接入原則和屬地監管原則，全國性商業銀行通過總行將數據上報至RCPMIS服務器，地方商業銀行通過人民銀行省會中心支行金融業網間互聯綜合前置系統將數據上報至人民銀行總行RCPMIS服務器。

在該場景中，中國人民銀行烏魯木齊中心支行星地一體QKD量子保密通信應用項目通過多個中繼節點和衛星密鑰分發，建立了跨越2400公里從人民銀行金融信息中心（北京）至烏魯木齊中心支行間的量子密鑰分發傳輸通道。星地一體QKD量子保密通信項目的核心傳輸方式是通過“墨子號”空間量子科學實驗衛星在廣域網絡中進行星地一體的量子密鑰分發和接收，其中位于新疆烏魯木齊市區的中國人民銀行烏魯木齊中心支行通過城域網接入A站點，A站點包含多個中繼節點，采用量子光纖干線傳輸至A塔；位于北京的中國人民銀行金融信息中心通過北京市區的量子城域網接入B站點，B站點也包含多個中繼節點，同樣采用量子光纖干線傳輸至B塔（見圖2）。中國人民銀行烏魯木齊中心支行本端部署量子加密模塊、量子密鑰分發模塊、交換設備、量子網絡管理模塊等專用設備，搭建烏魯木齊本端“星地一體”的地面量子信道。

圖2 星地一體QKD量子保密通信應用示意圖

隨著量子金融科技的不斷發展，量子保密通信在金融機構、金融監管機構的高度安全數據傳輸中發揮著日益重要的作用。近年來，各類量子保密通信方案在多種金融及監管場景先后應用落地，不僅驗證了量子保密通信在金融行業的安全可行性，也有效提升了金融行業信息傳輸的可靠性，在保障業務交易安全的同時也進一步拓寬了業務創新空間，并為后續編制量子保密通信行業標準提供了支持。