IT時(shí)報(bào)記者 郝俊慧
近日，世界三大國際標(biāo)準(zhǔn)化組織之一的國際電信聯(lián)盟（ITU）批準(zhǔn)通過，《量子密鑰分發(fā)節(jié)點(diǎn)保護(hù)的安全要求》國際標(biāo)準(zhǔn)正式發(fā)布。這是全球首個(gè)系統(tǒng)性規(guī)范關(guān)于可信中繼節(jié)點(diǎn)安全實(shí)施部署方面的國際標(biāo)準(zhǔn)，可為量子保密通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的安全實(shí)施和操作提供指導(dǎo)。標(biāo)準(zhǔn)由國科量子牽頭，聯(lián)合國盾量子、新加坡國立大學(xué)共同制定。
全球網(wǎng)絡(luò)安全正面臨嚴(yán)峻的形勢(shì)。網(wǎng)絡(luò)竊密的手段與技術(shù)不斷進(jìn)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(fù)雜性，另一種新型手段——光纖攻擊，也逐漸被應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)逐漸成為現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)的骨干，廣泛應(yīng)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(shù)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(duì)光纖通信系統(tǒng)實(shí)施的破壞或竊聽行為。
鮮有人知，將光纖彎曲到一個(gè)特定的角度，使其折射出微弱的光信號(hào)，再通過?專用設(shè)備利用激光技術(shù)捕捉和重建信號(hào)，?就可以得到所需的信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)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(hào)，也可以篡改數(shù)據(jù)或?qū)е峦ㄐ佩e(cuò)誤。黑客甚至可以利用光時(shí)域反射（OTDR）設(shè)備，從遠(yuǎn)端探測(cè)光纖網(wǎng)絡(luò)的物理布局，識(shí)別出網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)位置，為物理破壞或精準(zhǔn)攻擊做準(zhǔn)備。
美國國家安全專家詹姆斯·鮑姆福德便曾透露，美國核動(dòng)力攻擊潛艇“吉米·卡特”號(hào)便具有竊聽海底光纜的能力。
自20世紀(jì)80年代激光技術(shù)和光纖技術(shù)快速發(fā)展開始，光纖攻擊開始逐漸出現(xiàn)，由于攻擊設(shè)備能夠通過非物理接觸的方式，對(duì)光纖信號(hào)進(jìn)行攔截和解碼，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)聽和數(shù)據(jù)竊取，嚴(yán)重威脅到國家安全和關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的安全運(yùn)行，對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)體系提出了全新挑戰(zhàn)。
為應(yīng)對(duì)這一威脅，科研人員致力于開發(fā)光纖通信的加密技術(shù)和物理層安全方案，以期在光纖層面構(gòu)建起更強(qiáng)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(shù)，是當(dāng)前實(shí)用化走在最前列的量子信息技術(shù)。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(xué)保證其安全性。
量子力學(xué)的基本特性之一是不可被觀測(cè)，也即所謂的“薛定諤的貓實(shí)驗(yàn)”。
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(xué)的性質(zhì)檢測(cè)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(huì)立即察覺并廢棄該部分密鑰。最終，雙方共享一個(gè)絕對(duì)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€(gè)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(jì)算出現(xiàn)“科學(xué)躍進(jìn)”，當(dāng)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(jī)性特性，即毫無規(guī)則，完全物理生成，具有極高的不可預(yù)測(cè)性。
一對(duì)不可預(yù)測(cè)的密鑰、一種無法被觀測(cè)的狀態(tài)、“一次一密”的安全機(jī)制，實(shí)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(luò)，是目前唯一被廣泛采用的遠(yuǎn)距離光纖量子保密通信網(wǎng)絡(luò)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(luò)、美國東海岸量子保密通信網(wǎng)絡(luò)等，都通過部署可信中繼擴(kuò)展覆蓋范圍。
不過，由于信號(hào)損耗，當(dāng)前現(xiàn)網(wǎng)中點(diǎn)對(duì)點(diǎn)光纖QKD的安全距離為百公里量級(jí)。
因此，保證可信中繼等節(jié)點(diǎn)的安全是確保更遠(yuǎn)距離量子保密通信網(wǎng)絡(luò)整體安全的基礎(chǔ)。
本次發(fā)布的國際標(biāo)準(zhǔn)，明確了相關(guān)節(jié)點(diǎn)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(luò)的設(shè)計(jì)和安全測(cè)評(píng)，提供國際權(quán)威的規(guī)范性指導(dǎo)，有望助力全球范圍內(nèi)量子保密通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)與應(yīng)用的相互促進(jìn)。
量子保密通信作為保障信息安全的重要技術(shù)，其標(biāo)準(zhǔn)制定工作一直受到多方關(guān)注。比如，ITU作為聯(lián)合國主管信息通信事務(wù)的專門機(jī)構(gòu)，自2018年就開始相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的研制工作。
在工信部指導(dǎo)下，國科量子、國盾量子、三大運(yùn)營商、中國信通院、濟(jì)南量子院、北京郵電大學(xué)、北京科技大學(xué)等中國單位作為重要力量，參與了多項(xiàng)量子保密通信網(wǎng)絡(luò)ITU標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)部門第13研究組全體會(huì)議上，由中國電信研究院牽頭的“國際標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)提案量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)——服務(wù)感知框架”獲批新立項(xiàng)。同時(shí)，中國電信研究院與信通院和北京郵電大學(xué)聯(lián)合牽頭的國際標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)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(luò)——自主服務(wù)質(zhì)量保證的功能架構(gòu)”獲批新立項(xiàng)。
國際金融服務(wù)巨頭摩根士丹利在7月發(fā)布的《量子安全網(wǎng)絡(luò)發(fā)展》報(bào)告中指出，中國公司可以為國際標(biāo)準(zhǔn)組織帶來真正的量子技術(shù)專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，從長遠(yuǎn)來看，中國公司將具有競(jìng)爭力。
國科量子相關(guān)專家表示，我國在量子保密通信領(lǐng)域具有領(lǐng)先技術(shù)優(yōu)勢(shì)和工程經(jīng)驗(yàn)，未來有望在相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)制定上繼續(xù)發(fā)揮更多作用。
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