IT時報記者 郝俊慧
近日，世界三大國際標準化組織之一的國際電信聯(lián)盟（ITU）批準通過，《量子密鑰分發(fā)節(jié)點保護的安全要求》國際標準正式發(fā)布。這是全球首個系統(tǒng)性規(guī)范關于可信中繼節(jié)點安全實施部署方面的國際標準，可為量子保密通信網(wǎng)絡節(jié)點的安全實施和操作提供指導。標準由國科量子牽頭，聯(lián)合國盾量子、新加坡國立大學共同制定。
全球網(wǎng)絡安全正面臨嚴峻的形勢。網(wǎng)絡竊密的手段與技術不斷進化，日益隱蔽且高效，令人防不勝防。
不僅黑客攻擊手段呈現(xiàn)出高度多樣化和復雜性，另一種新型手段——光纖攻擊，也逐漸被應用于網(wǎng)絡攻擊中。
近10年來光纖通信，以其高速度、大容量和低損耗的特點逐漸成為現(xiàn)代通信網(wǎng)絡的骨干，廣泛應用于互聯(lián)網(wǎng)、電信和數(shù)據(jù)中心之間的數(shù)據(jù)傳輸。然而，隨著光攻擊技術的曝光，這種通信方式暴露出了新的脆弱面。
光纖攻擊，顧名思義，是指針對光纖通信系統(tǒng)實施的破壞或竊聽行為。
鮮有人知，將光纖彎曲到一個特定的角度，使其折射出微弱的光信號，再通過?專用設備利用激光技術捕捉和重建信號，?就可以得到所需的信息，從而實現(xiàn)對通信內(nèi)容的竊聽。
另一種光纖攻擊方式是，通過向光纖中注入虛假或干擾信號，也可以篡改數(shù)據(jù)或?qū)е峦ㄐ佩e誤。黑客甚至可以利用光時域反射（OTDR）設備，從遠端探測光纖網(wǎng)絡的物理布局，識別出網(wǎng)絡節(jié)點位置，為物理破壞或精準攻擊做準備。
美國國家安全專家詹姆斯·鮑姆福德便曾透露，美國核動力攻擊潛艇“吉米·卡特”號便具有竊聽海底光纜的能力。
自20世紀80年代激光技術和光纖技術快速發(fā)展開始，光纖攻擊開始逐漸出現(xiàn)，由于攻擊設備能夠通過非物理接觸的方式，對光纖信號進行攔截和解碼，實現(xiàn)遠程監(jiān)聽和數(shù)據(jù)竊取，嚴重威脅到國家安全和關鍵基礎設施的安全運行，對現(xiàn)有網(wǎng)絡安全防護體系提出了全新挑戰(zhàn)。
為應對這一威脅，科研人員致力于開發(fā)光纖通信的加密技術和物理層安全方案，以期在光纖層面構(gòu)建起更強大的防御壁壘。
基于量子密鑰分發(fā)（QKD）的量子保密通信技術，是當前實用化走在最前列的量子信息技術。它基于物理原理，是一種密鑰的安全傳輸方式，通過量子力學保證其安全性。
量子力學的基本特性之一是不可被觀測，也即所謂的“薛定諤的貓實驗”。
簡單理解，量子密鑰分發(fā)的基本原理是通過量子態(tài)（通常為光子的偏振態(tài)或光子數(shù)態(tài)）傳輸密鑰信息。發(fā)送方和接收方通過交換量子態(tài)并利用量子力學的性質(zhì)檢測是否存在竊聽，一旦發(fā)現(xiàn)有第三方試圖獲取信息，雙方會立即察覺并廢棄該部分密鑰。最終，雙方共享一個絕對安全的密鑰，用于加密和解密后續(xù)的通信內(nèi)容。
另一方面，傳統(tǒng)密碼通?；谀硞€明確的規(guī)則，一旦被有心人獲取到規(guī)則，或者使用“窮舉法”暴力破解規(guī)則，尤其是一旦量子計算出現(xiàn)“科學躍進”，當前的密碼體系幾無還手之力。而量子密鑰產(chǎn)生利用的是量子隨機性特性，即毫無規(guī)則，完全物理生成，具有極高的不可預測性。
一對不可預測的密鑰、一種無法被觀測的狀態(tài)、“一次一密”的安全機制，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟豢筛`聽、不可破譯。
基于可信中繼的量子保密通信網(wǎng)絡，是目前唯一被廣泛采用的遠距離光纖量子保密通信網(wǎng)絡解決方案。我國國家廣域量子保密通信骨干網(wǎng)、歐洲泛歐量子保密通信網(wǎng)絡、美國東海岸量子保密通信網(wǎng)絡等，都通過部署可信中繼擴展覆蓋范圍。
不過，由于信號損耗，當前現(xiàn)網(wǎng)中點對點光纖QKD的安全距離為百公里量級。
因此，保證可信中繼等節(jié)點的安全是確保更遠距離量子保密通信網(wǎng)絡整體安全的基礎。
本次發(fā)布的國際標準，明確了相關節(jié)點面臨的安全威脅種類，提出了安全要求及具體的安全措施，可為全球范圍內(nèi)量子保密通信網(wǎng)絡的設計和安全測評，提供國際權(quán)威的規(guī)范性指導，有望助力全球范圍內(nèi)量子保密通信網(wǎng)絡建設，實現(xiàn)標準與應用的相互促進。
量子保密通信作為保障信息安全的重要技術，其標準制定工作一直受到多方關注。比如，ITU作為聯(lián)合國主管信息通信事務的專門機構(gòu)，自2018年就開始相關標準的研制工作。
在工信部指導下，國科量子、國盾量子、三大運營商、中國信通院、濟南量子院、北京郵電大學、北京科技大學等中國單位作為重要力量，參與了多項量子保密通信網(wǎng)絡ITU標準的研制工作。
2024年3月4日至15日舉行的國際電信聯(lián)盟電信標準部門第13研究組全體會議上，由中國電信研究院牽頭的“國際標準立項提案量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡——服務感知框架”獲批新立項。同時，中國電信研究院與信通院和北京郵電大學聯(lián)合牽頭的國際標準立項提案“量子密鑰分發(fā)與IPSec集成框架”和“量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡——自主服務質(zhì)量保證的功能架構(gòu)”獲批新立項。
國際金融服務巨頭摩根士丹利在7月發(fā)布的《量子安全網(wǎng)絡發(fā)展》報告中指出，中國公司可以為國際標準組織帶來真正的量子技術專業(yè)知識和經(jīng)驗，從長遠來看，中國公司將具有競爭力。
國科量子相關專家表示，我國在量子保密通信領域具有領先技術優(yōu)勢和工程經(jīng)驗，未來有望在相關國際標準制定上繼續(xù)發(fā)揮更多作用。
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