金凤通信员张前王灵钰
量子数字签名是量子密码的一种，因为量子不可拷贝的特点，致使应用该签名技术的电子文档等具有不可篡改性量子传输速率，保密性极高。12月2日，记者从北京邮电学院据悉，在2019年“挑战杯”全国学院生课外学术科技作品大赛中，该校的参赛作品“高性能量子数字签名系统”项目获得特等奖，该项目基于量子数字签名技术，研制了高性能量子数字签名平台，其量子密码传输距离提高近一半，签名效率从50%提高到80%以上。
长春邮电学院研制的“高性能量子数字签名系统” 受访者供图
在大赛现场，南邮参赛团队展示了由化学层、密钥层、应用层三个功能部份组成量子数字签名平台。
团队队长、电子与通讯工程专业研究生张昊解释量子传输速率，秘钥就仿佛“一把锁匙开一把锁”。“首先，收发双方通过量子的方式各自获得一把‘钥匙’，这称之为‘量子秘钥’；紧接着，我们使用一台电脑笔记本发送一封使用量子秘钥签名的短信，短信内容为‘同意支付一百万美金’这一句话。此后，对面的另一台电脑笔记本接收到了这封短信，接收方通过惟一的‘量子秘钥’开锁，可以确保该短信内容未被篡改。假如一旦中间有人篡改，会造成系统的误分辨率上升，立即会被发觉，秘钥都会作废。消除恐吓后，双方重新换新的秘钥。”
张昊介绍，实现量子数字签名首先须要分发量子秘钥，而秘钥的载体是光子，随着距离的降低，单个光子遗失的机率渐渐减小，因此传输距离总会有一个极限。对此，团队通过设计了一种新型合同，有效地提升参数恐怕的确切性，进而促使量子数字签名的安全传输距离拓展到200公里。此前国际报导中，美国瓦特学院的量子数字签名实现了最远134公里，而南邮团队提高了接近50%。
上海邮电学院量子光学和量子密码课题组 受访者供图
“即使安全传输距离才能满足要求，而且假如秘钥传输速度较慢，会造成量子数字签名系统未能满足实时性场景的需求。”团队成员刘靖阳举了个反例，当我们在手机建行上操作“转账1000元”时，须要经过密码输入、转账确认、服务器接收等一系列的过程。若果系统秘钥实时生成速度达不到“一次一密”的需求，就须要重复使用秘钥。
在这些情况下，功击者就有可能将汇款信息篡改为“转账10元”，最终接收方接收到的信息就弄成了错误信息。
刘靖阳等人通过研究新型量子随机数发生器，同时结合全局优化算法，将系统的签名速度急剧提高。“这好比开源，在单位时间里形成更多的秘钥，满足实时签名的需求。”他介绍，通过使用新型发生器加上新算法，在125公里的测试距离下，签名速度与国际同期研究成果相比提高了2倍多，成为目前国际上量子数字签名速度最快的系统之一。
不仅开源，团队还想办法节流。秘钥的借助效率也是决定系统能够实现实时签名长消息的关键之处。团队研制的一套高效的变长编、解码方案，相比往年的定宽度编、解码方案，有效地减少了编码冗余度，致使签名效率从原先的50%提高到80%以上。
张昊举例说，一般情况下，人们须要使用1000个字节宽度的秘钥来签名一段消息，而现今通过使用她们的方案，只须要使用600个字节宽度，进而使等待秘钥分发的时间急剧减小。
此外，该短信签名系统先后在国外两家企业进行稳定性测试、性能指标检查，一致获得“性能稳定、使用可靠”的评价。在一年半的时间内，项目团队成员以第一作者身分共发表SCI论文8篇，另外有三项已受理的发明专利。