在競爭激烈的量子科技領(lǐng)域，我國科學(xué)家不斷取得新的突破，量子計算原型機“九章”問世，樹起了一座舉世矚目的里程碑，量子通信方面的研究更是走在了世界前列，天地一體化的廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)正在向我們走來。

作為今年不斷刷屏的熱門話題，量子科技距離我們的生活還有多遠(yuǎn)呢?或許答案比想象的更近。在11月舉辦的2020天翼智能生態(tài)博覽會上，中國電信宣布布局量子科技行業(yè)，構(gòu)筑“量子+”產(chǎn)業(yè)生態(tài)。同時，中國電信展出了兩臺樣機，分別根據(jù)華為和中興現(xiàn)有手機改造而來，用戶可在通話過程中選擇兩種通話模式——加密通話或普通通話，通話質(zhì)量毫無差別。

毫無疑問，量子通信正從基礎(chǔ)科學(xué)研究向應(yīng)用推廣階段轉(zhuǎn)化。那么，這種號稱可以進行“量子安全通話”的手機究竟為何物?它的推出又意味著什么?

配備了量子密鑰的保密手機

“可進行量子安全通話的手機在功能上與傳統(tǒng)安全手機類似，其不同點在于前者配備了用量子信息技術(shù)制備的量子密鑰。”中國電信安徽公司副總經(jīng)理鄭家升告訴科技日報記者，與其叫它“量子安全通話手機”，不如叫它“支持量子安全通話服務(wù)的手機”更為貼切。

據(jù)了解，量子安全通話服務(wù)可以理解為“安全通話+量子密鑰”的服務(wù)，其中，安全通話與普通通話的區(qū)別在于——安全通話是對通話過程中的語音進行加密后再傳送，可實現(xiàn)通話內(nèi)容防泄漏的功能。

“量子密鑰是指使用量子信息技術(shù)制備出的密鑰。”鄭家升說，目前，國內(nèi)外可制備量子密鑰的量子信息技術(shù)主要包括量子密鑰分發(fā)(QKD)和量子隨機數(shù)發(fā)生器(QRNG)兩種技術(shù)，如上半年三星發(fā)布的“量子加密手機”就是手機內(nèi)置了量子隨機數(shù)芯片，據(jù)報道英國電信正計劃使用QKD技術(shù)構(gòu)建安全網(wǎng)絡(luò)，將在5G基站與移動終端設(shè)備以及聯(lián)網(wǎng)汽車之間建立“超安全鏈接”。

量子密鑰的特點在于其隨機性，密鑰生成基于物理機制而非數(shù)學(xué)算法，其安全性是經(jīng)過嚴(yán)格數(shù)學(xué)證明的。

量子密鑰的特點在于它是編碼在光子的量子態(tài)上，依據(jù)量子不可克隆定理，一個未知的量子態(tài)不能夠被精確地復(fù)制，一旦被測量也會被破壞。因此這樣的量子密鑰的安全性也有量子力學(xué)的理論保證。

“在量子密鑰傳輸過程中，試圖竊聽者不可能做到既偷聽又不會被發(fā)現(xiàn)。”鄭家升解釋說，這種不依賴計算復(fù)雜性，而是基于量子力學(xué)基本原理的密碼產(chǎn)生方式就是量子保密通信。

兩種方式生成手機上的量子密鑰

記者了解到，量子安全通話服務(wù)中使用的量子密鑰從功能角度分為兩種：一是用于認(rèn)證的預(yù)充注在量子安全SIM卡上的量子密鑰;二是用于語音加密的量子密鑰，由量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)實時生成。

“使用量子安全通話服務(wù)時，用戶撥號觸發(fā)認(rèn)證過程，使用預(yù)充注的量子密鑰進行認(rèn)證;同時從量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)實時獲取量子密鑰，對通話語音進行加密，每次通話均使用不同的量子密鑰。”鄭家升告訴記者。

這里所提到的安全SIM卡，結(jié)合了普通SIM卡和安全芯片的功能，在為手機提供安全保護的同時，又不會額外多占用手機卡槽。用戶現(xiàn)有的手機通過安裝安全SIM卡即可享受量子安全通話服務(wù)，也就是說，量子安全通話服務(wù)并不需要專用定制手機。但記者了解到，如果希望使用量子安全通話服務(wù)，則通話雙方手機都需要支持這個功能。

據(jù)介紹，想要應(yīng)用量子密鑰的每個用戶需要先到臨近電信網(wǎng)點的服務(wù)站下載自己的專屬密鑰，這是用量子隨機數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的真隨機數(shù)(量子態(tài)的坍縮產(chǎn)生的隨機數(shù))。通話時，雙方各自對應(yīng)的服務(wù)站之間通過量子密鑰分發(fā)共享應(yīng)用密鑰，再用兩人各自的專屬密鑰將應(yīng)用密鑰加密后發(fā)給雙方，然后雙方就可以進行保密通話了。

“這樣一來，通話信息具有高安全性，實現(xiàn)從主叫方手機到被叫方手機間的端到端的加密，網(wǎng)絡(luò)上的語音信息即使被其他人獲取也無法獲得真實語音內(nèi)容，做到了保持用戶使用習(xí)慣基本不變，服務(wù)無感、高安全。”鄭家升說。

那么，量子密鑰足夠多少人分配呢?這個問題完全不用擔(dān)心，因為我國自主打造的量子保密通信京滬干線就是一個實時不斷產(chǎn)生量子密鑰的源頭，能夠滿足安全通話等各應(yīng)用場景的量子密鑰需求。

“我們目前提供量子安全通話服務(wù)的量子安全SIM卡是基于國產(chǎn)密碼芯片和國產(chǎn)密碼算法的。量子安全SIM卡實現(xiàn)量子密鑰的存儲以及安全通話加解密服務(wù)，能夠滿足手機的量產(chǎn)需求。”鄭家升表示。

對于部分網(wǎng)絡(luò)媒體“在沒有信號的情況下，量子安全手機可以工作并保證信息安全”的說法，鄭家升表示，可進行量子安全通話的手機在基本功能上和普通手機一樣，沒有信號的情況下，無法正常通話。量子安全通話服務(wù)是將量子技術(shù)制備的密鑰應(yīng)用于安全通話，通話是需要網(wǎng)絡(luò)的，沒有信號無法進行通話。“目前在手機上主要提供量子安全通話服務(wù)，后期可能會根據(jù)市場需求逐步開發(fā)新的應(yīng)用。”鄭家升說。

通信加密需求有待市場考證

記者了解到，量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)需要依托光纖網(wǎng)絡(luò)。而中國電信作為全球最大的光纖寬帶運營商，具備量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)所需的光纖資源。

今年11月，中國電信宣布正式啟動“量子鑄盾行動”并發(fā)布了量子城域網(wǎng)方案，布局量子安全產(chǎn)業(yè)，計劃在未來5年，通過“量子鑄盾行動”率先為10個城市的公共安全提供“量子安全云”，為100個城市提供量子安全組網(wǎng)方案，為1萬個政企客戶提供量子安全加密解決方案，為1000萬移動終端用戶提供量子安全通話服務(wù)。

量子城域網(wǎng)究竟是什么?中國電信相關(guān)人士表示，這是一種可建設(shè)覆蓋整個城市的量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)與傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，能實現(xiàn)基于量子安全技術(shù)的高等級安全通信服務(wù)。上述量子城域網(wǎng)項目可以理解為量子技術(shù)和通信網(wǎng)絡(luò)在實際商用中的結(jié)合。目前量子通信的相關(guān)試驗網(wǎng)在安徽合肥已經(jīng)建成，合肥量子通信廣域網(wǎng)正在立項，根據(jù)中國電信的安排，預(yù)計在2020年底或2021年初，該項目將在部分區(qū)域小規(guī)模進行試用。

有關(guān)專家指出，量子保密通信技術(shù)仍屬于新興技術(shù)，不論是量子安全通話服務(wù)還是量子安全超級SIM卡，隨機數(shù)還是QKD路線，都只是行業(yè)發(fā)展初級階段進行的嘗試探索，需要在實際應(yīng)用過程中不斷改善、加強。

業(yè)內(nèi)專家表示，單純從通話加密而言，這對手機并不是一個新興功能，但加密方式有很多種，安全性也有差別，量子安全手機在加密的方式和安全性上有了新的突破。該類手機對于政企客戶，會是一個非常值得關(guān)注的功能。但就普通消費者而言，對于加密通話功能的迫切性和必要性還有待觀察，因通話加密目前并不是手機市場的主流需求，數(shù)據(jù)安全非常重要，卻并不容易被消費者感知。但隨著智能手機中存有越來越多的個人數(shù)據(jù)和金融信息，或許消費者對通信加密的需求會日益增長。(本報記者 吳長鋒)