許 健

量子科技時代已經(jīng)開啟，習(xí)近平總書記在黨的二十大報告中對量子信息取得的重大成果給予了肯定。2022年諾貝爾物理學(xué)獎不負(fù)眾望地頒發(fā)給量子信息領(lǐng)域，在全球范圍內(nèi)再次引發(fā)社會公眾對量子科技的高度關(guān)注。本文立足于金融行業(yè)視角，探索量子保密通信技術(shù)在金融實際場景中的應(yīng)用落地，為數(shù)字經(jīng)濟時代背景下金融行業(yè)發(fā)展受物理學(xué)定律保護(hù)的高度信息安全方案提供借鑒思路。

量子保密通信為金融行業(yè)數(shù)據(jù)安全傳輸提供新思路

數(shù)據(jù)安全是金融機構(gòu)的“生命線”，金融業(yè)涉及的隱私數(shù)據(jù)量級遠(yuǎn)超其他行業(yè)，如何提升數(shù)據(jù)安全保障能力，是作為支撐我國國民經(jīng)濟重要行業(yè)的金融業(yè)時刻需要關(guān)注的問題。然而，量子科技的飛速發(fā)展對金融機構(gòu)廣泛應(yīng)用的公鑰加密算法體系帶來了挑戰(zhàn)，從而導(dǎo)致金融業(yè)數(shù)據(jù)安全面臨潛在風(fēng)險（吳永飛等，2022）。

在此背景下， 后量子密碼（ Post - Quantum Cryptography，PQC）和量子保密通信（Quantum Encrypted Communication，QEC）兩類解決方案應(yīng)運而生。后量子密碼聚焦研究量子計算的優(yōu)劣勢所在，對經(jīng)典密碼算法進(jìn)行有針對性的改造，使其能夠有效抵抗量子計算的攻擊；量子保密通信則關(guān)注運用量子的特性來實現(xiàn)保密通信技術(shù)應(yīng)用。兩種路線齊頭并進(jìn)，在技術(shù)發(fā)展和業(yè)界應(yīng)用方面均取得了一系列成果。

在P Q C方面，基于哈希（Hash-based）、基于編碼（Code-based）、基于多變量（Multivariate-based）和基于格（Lattice-based）等密碼學(xué)發(fā)展是當(dāng)前主要的技術(shù)流派。與此同時，各類后量子密碼方案如雨后春筍般涌現(xiàn)。金融行業(yè)在后量子密碼研究方面先試先行，工商銀行分別在2021年及2022年針對NIST發(fā)布的最新后量子密碼算法開展了技術(shù)驗證，并完成了在業(yè)務(wù)場景應(yīng)用的分析評估及核心加密服務(wù)平臺應(yīng)用的建設(shè)方案設(shè)計，且已與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供應(yīng)商開展了安全網(wǎng)關(guān)升級替代方案的聯(lián)合創(chuàng)新——在合作方通信場景實現(xiàn)對應(yīng)用透明的抗量子計算攻擊的安全傳輸通道（呂仲濤，2022）。

在QEC方面，包括量子（安全）直接通信（Quantum Secure Direct Communication，QSDC）和量子密鑰分發(fā)（Quantum Key Distribution，QKD）兩大主流技術(shù)方案。其中，QSDC方案將信息加載于量子態(tài)，可直接在量子信道進(jìn)行傳輸。我國在QSDC技術(shù)與應(yīng)用方面一直處于國際前沿水平，華夏銀行、北京量子信息科學(xué)研究院、清華大學(xué)和龍盈智達(dá)（北京）科技有限公司已在全球范圍內(nèi)首次實現(xiàn)量子直接通信在金融領(lǐng)域的應(yīng)用落地，取得了良好示范效果。另外，QKD技術(shù)憑借其一次一密、無條件安全的密鑰分發(fā)機制與特性，已在國防、政務(wù)、金融等多個領(lǐng)域開展了技術(shù)驗證和應(yīng)用示范工作，近年來在金融行業(yè)陸續(xù)得到嘗試性應(yīng)用并取得良好成效，本文則進(jìn)一步聚焦于QKD技術(shù)在金融行業(yè)的應(yīng)用探索。

量子密鑰分發(fā)在金融領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展

QKD是一種利用量子態(tài)進(jìn)行密鑰協(xié)商的技術(shù)，它以量子物理原理為基礎(chǔ)，能夠提供無條件安全的密鑰分發(fā)。QKD技術(shù)至今已有近40年的研究歷史，以1984年由Bernnett和Brassard提出的“BB84協(xié)議”為例，該協(xié)議得名取自于其兩位締造者的姓氏首字母和提出年份。從初代的BB84協(xié)議發(fā)展至今，各國學(xué)者們根據(jù)不同物理原理、傳輸介質(zhì)和編碼方式提出了多種量子密鑰分發(fā)協(xié)議。

在實踐方面，量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的商業(yè)化應(yīng)用上線標(biāo)志著該項技術(shù)在實用化道路上的日益成熟。目前，國內(nèi)多家金融機構(gòu)基于QKD量子密鑰分發(fā)技術(shù)在QEC量子保密通信方面積極開展應(yīng)用探索。典型應(yīng)用包括：工商銀行于2015年應(yīng)用相關(guān)技術(shù)實現(xiàn)了北京分行、上海分行電子檔案信息在同城間的加密傳輸；中國銀行于2018年實現(xiàn)了京滬異地千公里級數(shù)據(jù)量子加密傳輸應(yīng)用；興業(yè)銀行于2020年建立了濟南分行中心機房與同城災(zāi)備機房之間的量子保密通信網(wǎng)絡(luò)，為中心機房與同城災(zāi)備機房之間災(zāi)備數(shù)據(jù)及視頻會議的傳輸提供量子安全加密保障。

在QKD相應(yīng)的量子保密通信基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域，我國也取得了一系列重要進(jìn)展。除了以“墨子號”量子科學(xué)實驗衛(wèi)星和“京滬干線”為代表的量子保密通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施外，我國還建成及規(guī)劃了包括武合、滬合、濟青、成渝、粵港澳、漢渝、杭廈、京哈、京漢及京廣等在內(nèi)的多條骨干網(wǎng)，并部署了貴州、山東省干網(wǎng)，以及在北京、濟南、重慶、合肥、棗莊、宿州、貴陽、成都、金華、南寧等地建設(shè)了城域網(wǎng)，同時廣州、珠海、東莞、西安、杭州、海口、南京、上海的城域網(wǎng)也在持續(xù)建設(shè)中。

我國QKD相關(guān)量子保密通信基礎(chǔ)設(shè)施雖已日趨完善，然而我國幅員遼闊，很多情況下金融機構(gòu)、金融監(jiān)管機構(gòu)需要進(jìn)行超遠(yuǎn)距離傳輸，僅依靠骨干網(wǎng)傳輸尚難以完全滿足需求。因此，星地一體化的QKD量子保密通信方案應(yīng)運而生。據(jù)神州信息官方網(wǎng)站披露，中國人民銀行已成功落地了星地一體量子加密應(yīng)用，率先利用“墨子號”空間量子科學(xué)實驗衛(wèi)星，實現(xiàn)了中國人民銀行總行與烏魯木齊中心支行間的“人民幣跨境收付信息管理系統(tǒng)”量子加密應(yīng)用，為金融監(jiān)管機構(gòu)的遠(yuǎn)距離信息安全傳輸提供了新方案。

“6‘2’+6D”視角下量子保密通信在金融領(lǐng)域的應(yīng)用

本文基于《量子直接通信天然融入金融領(lǐng)域 應(yīng)用前景廣闊》文章中提出的量子直接通信在金融領(lǐng)域的應(yīng)用框架（吳永飛等，2022），并結(jié)合人民銀行星地一體QKD量子加密應(yīng)用場景，進(jìn)一步完善提出“6‘2’+6D”量子保密通信金融場景應(yīng)用框架方法論。從應(yīng)用及參與的主體方面來看，量子保密通信可有效解決銀行與客戶、銀行與銀行、客戶與客戶、歷史與未來、銀行與監(jiān)管機構(gòu)以及監(jiān)管機構(gòu)與監(jiān)管機構(gòu)之間的高度信息安全傳輸問題。從具體業(yè)務(wù)應(yīng)用來看，典型場景涵蓋數(shù)字信貸業(yè)務(wù)場景、遠(yuǎn)程辦公與運維場景、客戶數(shù)據(jù)服務(wù)場景、同城數(shù)據(jù)備份場景、監(jiān)管信息報送場景以及屬地監(jiān)管場景（見圖1）。

圖1 “6‘2’+6D”量子保密通信金融場景應(yīng)用框架方法論

以監(jiān)管機構(gòu)與監(jiān)管機構(gòu)間的屬地監(jiān)管場景為例，中國人民銀行“人民幣跨境收付信息管理系統(tǒng)”（RMB CrossBorder Payment&Receipt Management Information System，RCPMIS）數(shù)據(jù)傳輸就是該應(yīng)用的經(jīng)典案例。凡開展跨境人民幣業(yè)務(wù)的銀行均應(yīng)接入RCPMIS，該系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)收集人民幣跨境收付業(yè)務(wù)相關(guān)信息。RCPMIS的數(shù)據(jù)報送遵照集中接入原則和屬地監(jiān)管原則，全國性商業(yè)銀行通過總行將數(shù)據(jù)上報至RCPMIS服務(wù)器，地方商業(yè)銀行通過人民銀行省會中心支行金融業(yè)網(wǎng)間互聯(lián)綜合前置系統(tǒng)將數(shù)據(jù)上報至人民銀行總行RCPMIS服務(wù)器。

在該場景中，中國人民銀行烏魯木齊中心支行星地一體QKD量子保密通信應(yīng)用項目通過多個中繼節(jié)點和衛(wèi)星密鑰分發(fā)，建立了跨越2400公里從人民銀行金融信息中心（北京）至烏魯木齊中心支行間的量子密鑰分發(fā)傳輸通道。星地一體QKD量子保密通信項目的核心傳輸方式是通過“墨子號”空間量子科學(xué)實驗衛(wèi)星在廣域網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行星地一體的量子密鑰分發(fā)和接收，其中位于新疆烏魯木齊市區(qū)的中國人民銀行烏魯木齊中心支行通過城域網(wǎng)接入A站點，A站點包含多個中繼節(jié)點，采用量子光纖干線傳輸至A塔；位于北京的中國人民銀行金融信息中心通過北京市區(qū)的量子城域網(wǎng)接入B站點，B站點也包含多個中繼節(jié)點，同樣采用量子光纖干線傳輸至B塔（見圖2）。中國人民銀行烏魯木齊中心支行本端部署量子加密模塊、量子密鑰分發(fā)模塊、交換設(shè)備、量子網(wǎng)絡(luò)管理模塊等專用設(shè)備，搭建烏魯木齊本端“星地一體”的地面量子信道。

圖2 星地一體QKD量子保密通信應(yīng)用示意圖

隨著量子金融科技的不斷發(fā)展，量子保密通信在金融機構(gòu)、金融監(jiān)管機構(gòu)的高度安全數(shù)據(jù)傳輸中發(fā)揮著日益重要的作用。近年來，各類量子保密通信方案在多種金融及監(jiān)管場景先后應(yīng)用落地，不僅驗證了量子保密通信在金融行業(yè)的安全可行性，也有效提升了金融行業(yè)信息傳輸?shù)目煽啃?，在保障業(yè)務(wù)交易安全的同時也進(jìn)一步拓寬了業(yè)務(wù)創(chuàng)新空間，并為后續(xù)編制量子保密通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)提供了支持。