2023量子密钥无线分发（Q_波）技术白皮书-中国移动_22页_9mb

报告摘要

量子密钥无线分发（Q波）技术白皮书总结

核心内容概述

本白皮书由中国移动发布，旨在探讨量子密钥无线分发（Q波）技术的实现方案及产业落地路径。该技术通过将量子通信与移动通信网络融合，利用无线信道的“不确定性”实现量子密钥的“确定性”安全传输，解决传统量子密钥分发（QKD）在移动终端部署中的“最后一公里”难题。白皮书提出了一种端到端、与算力无关、高安全性的量子密钥无线分发系统，涵盖量子密码安全服务中心、量子无线网关、量子安全终端三大核心组件。

主要观点

量子密钥无线分发（Q波）技术是实现量子通信与移动通信网络融合的关键。
传统离线灌装方式存在使用不便和运营成本高的问题，无线分发技术是未来发展的方向。
无线物理层安全通道通过信道探测、量化、信息协调、隐私放大四个阶段实现。
基于无线物理层加密的方法相比基于高层加密的方法，具有更高的安全性、更强的自主性和更广泛的适用性。
Q波技术验证装置包括量子无线网关和量子安全终端，通过实际测试验证了其可行性。
量子密钥分发速率在测试中达到10 kb/min以上，证明了技术的工程可行性。

关键信息

技术实现流程

信道探测：通过TDD系统进行双向信道采样，获取信道特征如RSSI和CSI。
量化：将信道特征转换为二进制密钥，通过不同的量化方法（如基于绝对值、差分值）生成预备密钥材料。
信息协调：采用基于错误检测协议（EDPA）或基于纠错码（ECCA）的方法，消除预备密钥中的不一致。
隐私放大：利用提取器或Hash函数方法，从公共变量中提取出更短但更安全的密钥。

系统组件

量子密码安全服务中心：负责获取和管理量子密钥。
量子无线网关：实现无线物理层密钥生成、加密传输和系统管理。
量子安全终端：接收并解密量子密钥，存储至本地安全模块。

传输帧格式

量子密钥传输帧由帧头、公共信息、私有信息三部分组成，具体如下：

帧头：固定值（4字节） + 帧长度（2字节），共6字节。
公共信息：信息类型（1字节） + 命令字（1字节） + 协议版本号（1字节） + 预留字段（1字节） + 设备唯一标识（4字节），共8字节。
私有信息：会话标识（4字节） + 密钥读取标识（4字节） + 响应值（1字节） + 密钥序号（4字节） + 密钥量（2字节） + 密钥校验和（1字节） + 量子密钥（32字节），共48字节。

分发流程

量子密钥无线分发服务器读取量子密钥帧与无线密钥。
使用Polar纠错编码对量子密钥进行加密。
通过异或运算进行轻量级加密。
生成哈希值用于完整性校验。
加密帧通过无线信道传输。
移动终端接收帧后解密并校验，反馈ACK或NACK。
若校验通过，终端存储量子密钥；若失败，重新发送。

验证装置与测试

测试环境：在北京信息港和南京无线谷部署系统，通过量子保密通信骨干网和城域网连接。
测试结论：量子密钥成功分发至终端，分发速率超过10 kb/min，验证了Q波技术的可行性。

推进建议

技术攻关：联合产学研力量，重点突破无线物理层密钥生成、性能优化、蜂窝网量子密钥分发等关键技术。
标准化建设：推动量子密钥无线分发技术的标准化，制定企业标准与行业标准。
生态赋能：联合合作伙伴在试验环境中验证技术，推动科技成果转化，提升产业生态的繁荣度。

缩略语列表

缩略语	英文全名	中文解释
CSI	Channel State Information	信道状态信息
CIR	Channel Impulse Response	信道冲击响应
CFR	Channel Frequency Response	信道频率响应
EDPA	Error Detection Protocol based Approach	基于错误检测协议的方法
ECCA	Error Correction Code based Approaches	基于纠错码的方法
FEC	Forward Error Correction	前向纠错
ICT	Information and Communications Technology	信息与通信技术
OFDM	Orthogonal Frequency Division Multiplexing	正交频分复用
QKD	Quantum Key Distribution	量子密钥分发
QRNG	Quantum Random Number Generator	量子随机数发生器
RSSI	Received Signal Strength Indication	接收信号强度指示
TDD	Time Division Duplexing	时分双工
WiFi	Wireless Fidelity	无线保真
WLAN	Wireless Local Area Network	无线局域网

参考文献

[1] 中移智库. 中国移动量子“Q波”技术白皮书 [EB/OL]. (2022-06-23)[2022-07-06]. https://mp.weixin.qq.com/s/fo4ozZSiVLatflqIG6W5vA.
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