成果发布｜实用化量子密码关键技术

项目介绍

痛点问题

随着信息安全需求的不断提升，基于计算复杂性假设的传统密码体系（如RSA等），其长期安全性受到量子计算发展的潜在威胁。近期量子计算的相关工作表明，能破解RSA、椭圆曲线加密等加密体系的量子计算机在不久的将来就可能建成。同时，现代密码系统高度依赖高质量随机数，而传统随机数生成器可能存在不可检测的后门风险，难以满足信息论安全要求。这些因素催生了量子密钥分发（QKD）与量子随机数生成（QRNG）的重要性与紧迫性。

尽管量子密钥分发与量子随机数生成理论上具有最高的信息论安全性，但在实际系统中，还存在如下关键问题：

• 探测器效率失谐、器件不完美带来的安全漏洞

• 协议实现复杂，系统性能与安全性难以兼顾

• 后处理效率不足，影响密钥生成速率

• 随机源可信性不足，限制整体安全性

  
  

这些问题共同制约了量子密码技术的大规模应用。

解决方案

本项目围绕量子密码系统的核心环节，提出一系列创新方法与系统设计，形成完整专利组合：

• 源无关量子随机数生成方法：利用量子过程的内禀随机性，实现高可信随机数生成，从物理层保证安全性

• 离散随机相位诱骗态QKD系统：提升系统稳定性与安全性，增强抗攻击能力

• 不对称诱骗态QKD协议：在保持安全性的同时优化密钥率与传输性能

• 混合基矢后处理方法：提高后处理效率，降低误码影响

• 探测器效率失谐补偿算法：针对实际设备缺陷进行安全修正

• 完整后处理流程优化：提升密钥生成效率与系统鲁棒性

图1.量子密钥分发技术示意图

竞争优势分析

该技术在量子密码应用领域具有显著优势：

• 信息论安全性：基于量子力学原理，不依赖计算复杂性假设

• 系统完整性强：覆盖随机数生成、协议设计及后处理优化等关键模块

• 工程适配能力强：针对实际系统中的器件缺陷（如探测器失谐）提出解决方案

• 前沿性突出：契合设备无关QKD、实用量子通信等国际研究方向

整体而言，相关技术在安全性、完整性、工程性与前沿性上形成多维协同优势，既解决了量子密码从理论走向实用的关键瓶颈，又占据了领域技术创新制高点，具备较高的科研价值、市场竞争力与广阔的产业化应用前景。

市场应用前景

量子密码技术是未来信息安全的重要发展方向，已在多个领域展现应用价值：

• 金融行业安全通信与信息保护

• 电力与关键基础设施安全

• 数据中心与云计算安全

目前，量子密钥分发网络已在全球范围内逐步部署，我国已建成大规模量子通信骨干网络并实现多行业应用。随着量子计算的发展，对高安全通信的需求将持续增长，量子密码技术具备广阔的市场空间。

发展规划

本成果计划通过技术许可及合作开发等形式进行转化。成果转化后，将形成面向量子通信产业的核心技术模块，可集成于现有量子密钥分发系统与安全通信平台。未来可进一步拓展至量子网络、量子安全芯片及云安全服务等方向，形成持续的技术与商业价值。

知识产权情况

已获得6项发明专利。

合作需求

本项目期望与国内外量子通信与信息安全领域的企业及科研机构开展合作，包括技术许可、联合研发及产品集成等形式。合作方向包括：量子通信设备与系统开发、信息安全产品集成、行业应用解决方案。

团队介绍

项目负责人为清华大学交叉信息研究院教授。长期从事量子信息与量子密码研究，在量子密钥分发、量子随机数生成及量子通信系统等方向积累了丰富经验，相关研究成果处于国际前沿水平。

联系方式

Email：iiiscqi@tsinghua.edu.cn