孙雷:量子通信与智能交通

11月23日，由中国智能交通协会、国家智能交通产业技术创新战略联盟主办的2017第十二届中国智能交通年会“人工智能+交通”创新发展论坛上，北京国科量子通信研究院 孙雷博士发表《量子通信与智能交通》的演讲，本文为速记整理，未经演讲者本人审核。

北京国科量子通信研究院 孙雷 博士

量子通信和智慧交通关系是什么，量子通信能做什么？为什么量子通信能够和智慧交通在一起产生融合创新？ 我主要分两个部分介绍相关研究。跟第一个部分是帮大家介绍一下量子通信的原理和背景，第二是量子智慧交通新思路和探讨。
　　首先物联网、AI，核心就是现在的平台化和大数据，因为AI深度学习没有大数据的基础，没有办法做精确。不管是物联网还是大数据的应用，都很注重信息安全，没有信息安全就没有真正的网络的应用和物联网的应用，互联网的安全数据的事故有很多，比如乌克兰的电站大面积的停电事件，主要因为信息安全的问题，导致物联网被别人侵入，甚至发生被攻击的危险。
　　在20世纪早期的时候就已经奠定了量子计算物理基础，是量子信息的第二个革命，量子物理在很多方面得到了很多应用，主要分为四个层面，一个是量子计算，一个是量子通信、量子测量、量子模拟。量子计算和量子通信是什么关系呢？如果对于量子比特的话，一个比特既是0也是1计算能力就会得到比较大的提升。如果是49个量子计算机的话，就可以达到现在的太湖之光测算的能力，如果达到100个量子比特就会超过全世界计算能力的100万倍。早期量子计算机还是一个遥远的传说，但是这两年发展来看量子计算发展非常迅速，IBM和谷歌也号称在今年提出49量子比特位（音）。量子计算这对密码学带来非常大安全的颠覆，因为现在密码体系或者非对称的密码体系是利用了计算能力和算法的复杂度之间的不匹配性实现必要的安全性，但是对于现在2048的分解，如果用现在的测算，大概也要上万年的时间才能把私钥破解出来，如果是量子计算的话，10秒之内就可以得到用户的私钥，这个就对安全带来了非常大的颠覆。
　　量子通信又是什么呢？为什么能够抵抗量子计算的风险呢？在现在量子物理学的计算当中，什么叫量子通信呢？量子通信就是用量子的物理形态进行信息的传输，量子是组成物质最基本的单元，是一个能量的概念，普朗克对微观物理学研究，发现能量细分到最后是一个非连续的变量，这就提出能量有它最小的单元。它真正的物理存在有可能是分子，有可能是原子，现在在量子通讯当中应用最广的是量子的分发，目前更多是应该光纤对大光子的操作实现密钥在收发两端的安全的分发。
　　利用BB84协议，是1984年提出的用在量子通讯方面量子密钥分发的协议，通过单光子进行制备和测量之后，可以在通信的收发两端同时产生量子术，实现了密钥在收发两端的安全的分发，用密钥对传统的信息进行加密，这种加密可以抵抗现在的量子计算的风险。
　　量子通信因为它的能力不可再分享，有量子的不可分割和不可复制的特性，通过这个特性保证了量子通信在密钥分发的时候具备无条件的安全，保证了做密钥分发的时候，密钥能够安全的到达A和B的发送方和接收方进行通信。
　　第一个就是千公里级别的量子运行常态的实验，及千公里自由级别的量子密钥的分发。木质卫星（音）是全世界的创新性的非常大的突破。包括在美国在日欧盟都有量子通讯把地面量子骨干网络和一些卫星计划的构建，像欧盟是提出了量子宣言，预计未来五年投入50亿欧元，在量子通讯方面进行研究。
　　我国在量子保密通信领域走在世界的前列，包括从城域网和量子保密的建设都是走在世界的前列。在量子进入干线是去年11月份完成了全线的贯通，在今年的9月29日号，京沪干线正式开通，北京的广告中心完成了北京和奥地利量子密钥的视频通话，现在在量子保密通信这块达到了世界前列。
　　我们提出了QNET概念，包括现在基于底下的量子密钥的分发网络，构建一个量子安全的服务使能平台，把量子密钥提供的接口的能力，以及利用量子密钥进行的身份认证健全这样的能力进行封装，封装过后我们以API接口的方式提供给更多的行业使用，发布了QNET的理念。
　　量子安全如何同智能交通完美结合?它实现是密钥在收发两端的安全的分发，通过现在智能交通或者物联网，都是终端、网络、平台和应用层，包括车载通讯的时候，VX、V2X等等的时候，车辆的身份认证、信息加密，包括敏感信息的传输都是需要有密钥保护。
　　第一点就是实现智能交通离不开量子安全，因为数据中心需要对大数据的存储、传输，用量子通信进行数据之间进行密钥分发之后，可保障数据之间的传输。比如北京工商银行在北京的上地机房和上海机房之间的数据灾备和同步，通过京沪干线分发的密钥进行保护，这对智能交通和智能车联网，从国家到省，到各个区域之间的数据中心传的数据用量子通讯给数据传输提供了更加可靠和更加安全的手段。
　　构建的安全服务的平台解决了两个问题，第一个是在上层应用设备使用时，不用和底层的量子通讯对接，另外是量子密钥，或者是量子通讯是利用光纤进行分发来实现密钥AB两端的分发，利用这个平台，可以通过量子网络，它已经制备好的密钥，制备到不管是安全的硬件，信用卡或者是一些芯片中，可以把它放在车载设备和传感器里面之后，可以在终端和云端进行通讯的时候，实现设备的通讯管理以及终端和云端的加密传输。
　　2015年大家攻击特斯拉安全漏洞的分析，当时是将私钥和证书存储在车载信息，一旦把车载存储信息拿到就可以仿造中间人进行攻击，能够对平台，防爆终端获取密码过后，通过平台发出一些指令，控制车辆。这种对未来的无人驾驶或者是智能网联车这种平台和车辆之间的双向健全、重要敏感信息的传输，包括身份的认证识别都非常重要。一旦说没有安全的机制、安全手段可能就会出现《速度与激情8》里面通过后台控制汽车，对现在的基础设施和对人员身份的攻击。包括车载的信息平台，包括引入量子密钥和量子芯片，配合云端的量子通信的应用系统，实现云端系统和车载设备，或者车载信息安全网关之间的双向健全认证，对关键的信息的加密，这样就可以使得车载，不管是车辆还是车载终端提供基于密钥的合作。
最后希望通过量子网关通信作为新一代的信息技术，能够提供更加可靠的信息安全保障，和车联网和各界的合作伙伴，一起围绕量子通信加行业应用，实现更多的创新和突破。