密码守护安全 | ⑨量子密钥分发的前沿技术-中汽研科技有限公司

近年来，随着车联网系统中敏感数据传输量的日益增加，确保通信数据免受侵害变得至关重要。尽管现有的加密方法仍被广泛应用，但它们在理论上无法抵御量子计算的攻击，这种不安全性将在量子计算机出现后会严重影响汽车信息安全体系。

量子密钥分发技术（quantum key distribution，QKD）融合车联网的应用将对智能交通和信息网络的发展产生重大影响。一方面，量子密钥分发技术可以极大地提高车联网中信息传输的安全性，保护用户的隐私和敏感信息不被窃取；另一方面，量子密钥分发技术还可以增加信息传输过程的可靠性，减少错误的发生，提高车联网系统的整体性能和效率。

一、原理简介

（1）量子密钥分发过程

在量子通信中，可以使用光子的偏振态（也可以是光子的相位信息）来传递信息。单光子被调制到指定偏振角度，接收端通过一个偏振分波器将光子分束到D1或D2任一探测器。

发送端Alice会随机选择2组偏振正交基（⊕表示0°/90°， U表示45°/135°）的任意一种来调制单光子发送密钥：

根据前文可知，如果偏振基和发送端相同，则能准确测量；如果不同，会随机分配到某一个接收器。这是，接收端Bob也会随机的选取接收器对光子进行测量。

发送端（光子偏振态）	接收端（测量基 0°/90°）	接收端（测量基 45°/135°）
0°偏振	1	0 or 1
90°偏振	0	0 or 1
45°偏振	0 or 1	1
135°偏振	0 or 1	0

Alice和Bob会把相同基选择对应的密钥，选择一段公布，如果在出现的序列中出现了不同，说明有人在窃听，则这次通信作废，重新进行密钥分发；如果没有不同，则相同基选择对应密钥未公布的部分，作为最终的密钥。

（2）安全性分析

对于窃听者Eve而言，需要测量Alice发给Bob的光子的状态，然后发送一个同样状态的光子给Bob。

首先，Eve需要选择一组偏振基，如果正确（和Alice使用的偏振基一致），则测量正确；如果偏振基选择错误，则测量正确和错误的概率各是50%。然后Eve将与自己测量状态相同的光子发给Bob。

这里Eve不能保证自己发送给Bob的光子正是Alice发送给Bob的，所以Alice和Bob在公布出部分相同的偏振基后，会识别到Eve的窃听。

二、车联网QKD技术应用量子密钥分发技术与车联网的结合方式是实现车联网安全通信的重要手段之一。在设计量子密钥分发技术与车联网的结合方式时，可以从通信架构设计、量子密钥的分发与管理、网络安全协议、实现与测试4个方面进行考虑，具体内容如下：

(1）通信架构设计。车联网的通信架构可以分为3个层次：一是感知层，由车载传感器和外部传感器收集数据；二是网络层，负责数据的传输，包括车辆与车辆、车辆与路边基础设施之间的通信；三是应用层，即最终的用户接口，如智能交通管理、紧急事故响应等。量子密钥分发可以应用于网络层，以便于保护传输过程中的数据安全。

（2）量子密钥的分发与管理。量子密钥分发主要基于量子通信的不可克隆性和测量原理，通常使用光子的极化状态来传输信息。车联网中的量子密钥分发可以通过专门的量子通信设备来实现，如量子信号发射器和接收器。

（3）网络安全协议。网络安全协议需要与量子密钥分发技术相结合。例如，量子密钥可以用于传统加密算法的密钥，提高整个加密系统的安全性。

（4）实现与测试。实施量子密钥分发技术与车联网结合的方案，可以进行实验室测试和实地测试以评估其实现过程是否能够适配车上特殊的环境，以及相关安全、性能要求。

三、影响与意义

中汽研科技有限公司（简称“中汽研科技”）密码技术专家鲍越表示，量子密钥分发技术在车联网领域的应用正逢其时且意义重大。它为密码在车联网中的应用提供了全新的有力保障，极大地提高车联网中信息传输的安全性，切实保护用户的隐私和敏感信息不被窃取，这将对车联网整体信息安全态势产生深远影响。车联网行业供应链体系也需依据此加强整车及零部件产品信息安全管理和量子密码技术防护，提升产品的安全性，从而保护消费者在后量子密码时代免受网络攻击和数据泄露的风险。

在实施过程中的实验室测试与实地测试环节，中汽研科技未来将精准评估量子密钥分发技术与车联网结合方案的效果，为后续技术的优化与推广提供有力依据，加速推动车联网安全技术的革新与发展，引领智能交通和信息网络迈向更高的安全与效能层级。结语

中汽研科技下属中汽研软件测评（天津）有限公司已获批国家密码管理局颁发的商用密码检测机构资质证书，可面向整车及密码产品企业提供相关咨询与测试服务。未来，中汽研科技将持续拓展量子密钥分发检测新能力，为企业提供密码与汽车相结合的整体解决方案，助力企业为消费者提供更加安全可靠的汽车产品。