实习生刘航澎湃新闻记者张静
中国完成了国际上首次量子秘钥分发（QKD）和后量子加密算法（PQC）的融合应用。该研究提供一种新型的QKD的认证方案，为提升整个QKD网路的安全性提供了一种有效解决方案。相关论文于5月6日发表在国际刊物《NPJ》上。
量子秘钥分发（QKD）是指借助量子纠缠的特点，使通讯双方分享一个随机且安全的秘钥，用于信息的加密和揭秘。而后量子加密算法（PQC）又称抗量子估算密码，它是能否抵抗量子计算机对现有密码算法功击的密码算法。
该研究成果来自中国科学技术学院、上海交通学院、云南学院与交大国盾量子技术股份有限公司（，国盾量子）、国科量子等组成的联合科研团队。论文的通信作者为中国科学技术学院潘建伟、张强、上海交通学院郁昱。
目前，国家、机构、个人的信息安全需求与日俱增。微软的“悬铃木”和中国“九章”都先后实现了“量子优越性”，在特定问题上具有超过精典计算机的极大优势。量子估算可有效解决大数因子分解和大数据搜索等问题，因而对基于这种问题复杂性的精典密码算法的安全性构成极大恐吓。
而抵挡量子估算恐吓，实现可信赖的信息安全机制主要有两种形式：一是量子保密通讯，其中发展成熟的主要是量子秘钥分发（QKD），具有不依赖于物理假定的无条件安全性；二是后量子加密（PQC）算法，例如格密码，已知的量子估算算法未能有效破解。
中国研究团队的实验证明两种技术才能融合发展量子通讯储存，优势互补。本次研究中，研究者在QKD网路中使用PQC认证取代原先的QKD设备预制秘钥认证，且验证了新方案在城域范围内QKD中继网路和全通网路中应用的可行性。
借助PQC认证，可以将QKD网路中可信中继替换为光开关，每位用户只须要通过PKI申请1个数字证书，就可以实现任意两用户之间的直连；新用户也只须要获得1个数字证书，就可以立刻与其他用户构建QKD联接，增强了QKD网路的操作性和效率。
研究结果显示，PQC简化了QKD在复杂网路环境下的身分认证和秘钥管理，QKD则提供了PQC等私钥体系难以确保的无条件安全性量子通讯储存，二者联合最终保证了网路系统安全性，也提升了量子保密通讯网路的经济性、便利性，将极大推动量子保密通讯的应用和推广前景。
附：具体研究内容
QKD合同、技术和性能仍然在发展，我们在关注其安全性的同时，也在不断增强QKD在实际应用时的可操作性和效率。
目前，进行量子秘钥分发（QKD）须要经过传输光子的量子信道和用于数据后处理的精典信道，其安全性要求精典信道经过认证。目前的安全认证方式是用QKD设备生成预置的对称秘钥，对于n个用户的QKD全通网路，这些方式须要对称秘钥对实现两两互联。当QKD网路用户数较多时，此方式不易操作，预置秘钥的工作量很大，大量秘钥对的储存、同步和管理也会降低网路的复杂性和安全风险。
为此，研究者采取了基于后量子私钥算法和PKI的新型安全认证方案。该认证方案通过后量子私钥算法和PKI结构，对QKD精典信道进行认证。本方案只须要每位用户获得一份由认证中心签名的数字证书，对于n个用户的网路，签发数字证书的个数为n。假如有新用户加入QKD网路，他/她只须要获得一份数字证书即可。所以，基于私钥算法的认证可以解决预置对称秘钥存在的问题。在安全性上，因为只要认证过程中PQC算法是安全的，认证完成以后虽然PQC被破解，也不影响QKD秘钥的安全性，而PQC的安全性才能保证这一点。本实验验证了PQC技术在QKD网路设备认证中的应用，急剧提高了QKD认证过程的可操作性和高效性。
为了展示PQC认证的高效性，实验搭建了两个可信中继网，并通过光纤联接上去模拟QKD城域网。两个可信中继网分别坐落一个城市的两侧。每位中继网富含5个用户节点，共10个用户。
实验验证了PQC在QKD网路中的应用。
图（a）全通型QKD网路，四个用户通过光开关实现彼此联接。（b）环型联接。（c）交叉联接。任意两用户之间的实际距离是她们各自到光开关的距离之和。（d）两个中继网路组成的10节点QKD城域网。（e）可信中继替换为光开关，组成全通网路，U11和U12是加入的新用户。各个用户到可信中继（光开关）的距离见正文。
针对新用户入网需求，比如图（e）所示的两个新用户U11和U12，假若采用预置秘钥认证方案，1）对于中继网路新用户须要与中继之间预置秘钥，且只能与中继进行QKD，不能与其他用户直接完善QKD联接；2）对于全通网路，则每位新用户须要与10个老用户预置10对对称秘钥，两个新用户之间预置1对对称秘钥，总共须要预置21对对称秘钥，就能实现任意两用户之间的联接。3）相比之下，假若采用PQC认证，中继就可以替换为光交换，每位新用户只须要申请1个数字证书，总共2个数字证书，就可以实现任意两用户的联接。这极大地提高了新用户入网的便利性，及互联互通。