常凯
北京量子信息科学研究院执行院长
网络空间已深度嵌入经济社会运行，数字政府、数字金融、交通通信等领域的数字化转型步伐加快，数据传输、身份认证、密钥管理和密码基础设施成为保障业务连续性与国家安全的重要支撑。当前网络安全体系大量依赖公钥密码算法，伴随量子计算技术不断演进，传统公钥密码面临的长期风险逐渐由学术讨论转化为现实治理议题。尽管能够对现有主流公钥密码形成实质性威胁的大规模容错量子计算机尚未落地，但受密码基础设施迁移周期较长、长期敏感数据面临“先窃取、后解密”风险等因素影响，密码体系升级迫在眉睫。
量子密钥分发（QKD）是通信双方利用量子态的制备、传输与测量，生成和共享安全密钥的技术，在满足相应安全假设的条件下可实现信息论安全。量子密钥分发不直接承担业务数据的加密与传输，而是利用未知量子态不可克隆、量子态测量扰动等物理规律实现密钥生成与分发，通信双方能够通过量子比特误码率的变化识别潜在窃听行为。目前，我国已建成涵盖城域光纤网络、骨干干线、星地链路的工程基础，相关应用正从示范验证向真实业务场景推进。
从数学安全到物理安全：量子密钥分发的技术逻辑与演进方向
传统密码的安全性主要依赖计算复杂性——只要攻击者无法在可接受时间和成本内求解特定数学难题，密码系统即被视为安全。这种安全具有明确的工程价值，但也会受到计算范式变化的影响。量子算法若能在足够规模和低错误率的量子计算机上运行，部分现有公钥密码算法或将受到冲击，而量子密钥分发的安全基础源于量子力学规律，理论上不依赖攻击者的算力上限。
在量子密钥分发典型流程中，通信双方利用单光子、弱相干光或纠缠光子传递量子态，经过基矢比对（通信双方在公开信道对比各自制备和测量量子态所用的基矢，保留相同基矢下测量结果的过程）、误码率估计（从基矢比对后保留的部分比特中计算错误率）、信息协商和隐私放大等步骤，最终获得一致的共享安全密钥。窃听者若对未知量子态进行测量，会不可避免地引入扰动；若试图复制量子态，则受量子不可克隆定理约束。因此，合法通信双方可根据误码水平判断信道是否受到攻击，并在风险超过阈值时放弃该批密钥。生成的密钥通常用于高频更新对称加密算法（如AES-256），或在特定低速率超高安全场景下与“一次一密”（密钥与明文等长、完全随机，且仅使用一次）结合使用。
基于量子力学规律的协议安全性并不等同于实际系统的绝对安全。量子密钥分发的安全证明通常基于明确的安全模型、器件模型、可信边界和参数条件，而真实系统中的光源、探测器、随机数发生器、同步模块和控制电子学都可能存在缺陷，削弱系统安全。此外，量子密钥分发必须依赖经过认证的经典信道，否则仍可能遭受攻击。因此，量子密钥分发安全至少包括三个层面：协议层是否具有完备的安全证明，系统层是否能够抵御已知侧信道攻击，应用层是否与认证、密钥管理、业务加密和运维审计形成闭环。只有把理论安全转化为可验证、可评估、可审计的系统安全，技术优势才能真正转化为网络空间安全能力。
量子密钥分发技术演进的基本方向，是从“能够实现”转向更远距离、更高安全密钥率、更强安全性、更低成本和更易集成。光纤量子密钥分发适合政务、金融、电力和数据中心之间的固定链路；可信中继（暂时解密并掌握明文密钥）可以在现阶段扩展通信距离，但中继节点本身必须受到严格保护；卫星量子密钥分发利用自由空间链路，避免了长距离光纤损耗随传输距离指数累积的问题，为跨区域、跨洲际密钥分发提供手段；量子中继和端到端量子网络则属于更远期发展方向。我国已建成依托光纤和可信中继节点的量子通信京沪干线，并依托量子通信卫星与地面网络构建天地一体化量子通信网络。一系列成果表明，我国在系统集成、网络建设和工程示范方面具备较好基础。
先发优势并不等于产业优势，未来竞争重点将从传输距离和密钥率等单项指标，转向核心器件供应链、互联互通标准、全生命周期成本、业务黏性和安全服务能力等综合服务能力。谁能把实验室系统转化为小型化设备、标准化接口和可持续运营的网络服务，谁就可能在下一阶段占据主动。
量子密钥分发赋能网络空间安全的应用场景
量子密钥分发的应用应遵循安全需求与成本收益相匹配的原则。现阶段，量子密钥分发更适合高价值、高敏感、固定链路明确且对长期保密有较高要求的场景，而不宜被理解为对普通互联网密码体系的全面替代。量子密钥分发在金融领域的数据中心互联、交易与清算链路、灾备系统，电力能源领域的调度指令和生产控制通信，政务领域的跨部门数据交换，以及运营商骨干网重要节点和高等级专线等场景，均具有应用价值。
在关键信息基础设施中，量子密钥分发可以增强密钥更新频率和分发安全性，降低密钥在传输和人工管理环节被窃取的风险。其作用不是替代现有纵深防御，而是与安全网关、硬件安全模块、专用密码设备和安全运营中心协同，形成链路加密、密钥管理、访问控制和日志审计相衔接的整体方案。对业务单位而言，真正重要的不在于是否使用量子技术，而是能否显著提升核心链路的安全等级和风险可控性。
随着数据要素跨区域、跨部门、跨机构流通，量子密钥分发还可为高价值数据交换提供底层密钥保障。它可与隐私保护计算、可信计算、数据交换平台和数字身份体系协同使用，用于政务数据共享、金融风控数据交换、医疗科研数据协同等场景，其价值从单纯加密通信进一步延伸为支撑可信数据流通。
在云网边端一体化架构下，密钥生命周期管理和跨域通信更加复杂。量子密钥分发可优先部署于云数据中心互联、异地灾备、重要边缘节点和高安全专线，并与软件定义网络和统一密钥管理平台结合，实现密钥资源按需调度、状态监测和审计追踪。当前量子密钥分发尚不适合海量移动终端和普通物联网设备，但可以在云网骨干和核心节点发挥安全锚点作用。
量子密钥分发与后量子密码并非替代关系。后量子密码主要依靠新型数学算法抵御量子计算攻击，具有软件部署灵活、适合互联网大规模迁移等优势；量子密钥分发依靠物理规律增强密钥分发安全，更适合高安全专网和关键链路。普通互联网和通用信息系统可以后量子密码迁移为主，高安全专线和关键信息基础设施可采用量子密钥分发增强保护，超高安全场景则可结合“一次一密”、硬件安全模块和专用安全网关，形成“算法抗量子、物理密钥分发、体系化安全管理”的多层防护。
从示范工程到规模应用面临的问题
首先，量子密钥分发工程成本和部署复杂度仍然较高。量子密钥分发设备对光纤质量、环境稳定性和校准精度等有较高要求，硬件投入、机房改造、专线资源和长期维护成本较高，短期内不具备普遍覆盖普通终端的经济性。
其次，大规模组网和跨域互联能力仍需完善。多节点网络不仅涉及量子链路，还涉及密钥路由、跨域身份认证以及不同运营主体之间的协同，不同厂商设备若接口不统一、密钥格式不兼容、网络管理机制各自封闭，可能导致重复建设。
再次，理论安全与实际系统之间仍存在差距。任何设备缺陷都可能成为攻击入口，供应链中的芯片、探测器和控制软件也可能引入新的风险。量子安全产品不能只以协议名称或实验指标证明安全，而应接受攻击测试、源代码和固件检查、随机数质量检测、侧信道评估以及长期稳定性验证。
最后，标准测评和商业模式仍不成熟。量子密钥分发涉及通信协议、设备接口、密钥管理和业务适配等多个环节，尽管ISO（国际标准化组织）、ITU-T（国际电信联盟电信标准化部门）及国内密码行业标准已相继出台，但跨行业标准互认、细化测评规范以及合规认证体系的全面落地仍需时日，设备实现广泛互联互通的条件尚未具备。产业化发展不能仅依靠技术先进性，还要解决谁建设、谁运营、谁付费、故障如何处置以及安全价值如何评估等现实问题。
构建量子密钥分发与网络空间安全融合体系
一是坚持场景牵引，建立分类分级应用机制。应依据数据敏感程度、保密周期和成本收益等因素，形成量子密钥分发应用场景清单，优先选择金融核心链路、跨区域政务数据交换和通信骨干节点开展试点，使量子密钥分发嵌入真实业务流程。
二是推动量子密钥分发与后量子密码协同发展。未来密码体系不应依赖单一路线，应形成分层部署、平滑迁移和密码敏捷机制。对通用系统，加快后量子密码算法验证和迁移；对高安全链路，利用量子密钥分发提供密钥高频更新；对极高安全场景，叠加“一次一密”和专用硬件防护。通过统一密钥管理平台，使传统密码、后量子密码和量子密钥分发能够按业务等级灵活调用。
三是加强核心器件与系统设备自主可控。围绕单光子探测器、量子光源、高速光调制器、量子随机数芯片、集成光子芯片、低噪声电子学和测试仪器开展协同攻关，推动设备小型化、低功耗化、标准化和低成本化。关键器件来源、固件更新和供应链过程都应纳入系统安全评估。
四是完善标准、测评与认证体系。应建立覆盖协议实现、设备性能、侧信道防护、密钥管理接口、网络组网和运维管理的标准体系，建设第三方测试认证平台。推动量子密钥分发与商用密码应用安全性评估、网络安全等级保护、关键信息基础设施保护和数据安全制度衔接。
量子密钥分发具有战略性、前瞻性和新型基础设施属性，是量子信息技术赋能网络空间安全的重要方向。其价值不仅体现为单条通信链路的安全增强，更体现为推动密码基础设施升级、提升关键信息基础设施防护能力、支撑高价值数据可信流通和探索未来量子安全网络。面向未来，应把量子密钥分发置于网络强国建设的大框架中统筹部署，推动我国量子安全通信由技术先发迈向标准领先、应用领先和产业领先，为构建安全可信、韧性强大的网络空间提供坚实支撑。
来源：《中国网信》2026年第8期
